Cách chuyển điện năng thành nhiệt năng

Các vật thể nóng bức xạ ánh sáng dưới dạng photon vào môi trường xung quanh chúng. Các photon phát ra có thể được một tế bào quang điện thu nhận và chuyển đổi thành năng lượng điện hữu ích. Cách tiếp cận để chuyển đổi năng lượng này được gọi là nhiệt điện trường xa, hoặc FF-TPV, và đã được phát triển trong nhiều năm. Tuy nhiên, nó có mật độ năng lượng thấp và do đó yêu cầu nhiệt độ hoạt động của bộ phát cao.

Nghiên cứu được thực hiện tại Đại học Michigan và được công bố trên tạp chí Nature Communications, chứng minh một cách tiếp cận mới, trong đó sự tách biệt giữa bộ phát và tế bào quang điện được giảm xuống mức quy mô nano, cho phép sản lượng điện lớn hơn nhiều so với những gì có thể với FF-TPV cho cùng nhiệt độ phát.

Cách tiếp cận này, cho phép thu năng lượng bị giữ lại trong trường gần của bộ phát, được gọi là nhiệt điện trường gần hoặc NF-TPV và sử dụng các tế bào quang điện, được chế tạo tùy chỉnh và thiết kế bộ phát lý tưởng cho các điều kiện hoạt động gần trường.

Tiến sĩ Mike Waits tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội của Bộ Chỉ huy Phát triển Khả năng Chiến đấu của Quân đội Hoa Kỳ cho biết: "Nếu thành công, trong tương lai TPV gần trường có thể đóng vai trò là nguồn năng lượng nhỏ gọn hơn và hiệu suất cao hơn cho Binh lính vì các thiết bị này có thể hoạt động ở nhiệt độ hoạt động thấp hơn TPV thông thường."

Tiến sĩ Stephen Forrest, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính, Đại học Michigan, cho biết: “Cơ chế này họat động bằng cách chế tạo các tế bào TPV màng mỏng với bề mặt siêu phẳng và có phản xạ mặt sau bằng kim loại. "Các photon phía trên vùng cấm của tế bào được hấp thụ hiệu quả trong chất bán dẫn dày micromet, trong khi các photon bên dưới vùng cấm được phản xạ trở lại bộ phát silicon và được tái chế."

Nhóm nghiên cứu đã nuôi cấy tế bào quang điện indium gallium arsenide màng mỏng trên chất nền bán dẫn dày, sau đó bóc tách vùng hoạt động bán dẫn rất mỏng của tế bào và chuyển nó sang chất nền silicon.

Tiến sĩ Pramod Reddy, giáo sư kỹ thuật cơ khí, Đại học Michigan cho biết: “Nhóm nghiên cứu đã đạt được sản lượng điện kỷ lục ~ 5 kW/m2, lớn hơn một bậc so với các hệ thống được báo cáo trong tài liệu."

Hà Trần [Theo ScienceDaily]

Soạn vật lí 9 bài 62: Điện gió Điện mặt trời Điện hạt nhân

Soạn vật lí 9 bài 61: Sản xuất điện năng Nhiệt điện và thủy điện

Soạn vật lí 9 bài 60: Định luật bảo toàn năng lượng

Soạn vật lí 9 bài 59: Năng lượng và sự chuyển hóa năng lượng

Soạn vật lí 9 bài 58: Tổng kết chương III: Quang học

Soạn vật lí 9 bài 56: Các tác dụng của ánh sáng

Soạn vật lí 9 bài 54: Sự trộn các ánh sáng màu

Soạn vật lí 9 bài 53: Sự phân tích ánh sáng trắng

Soạn vật lí 9 bài 52: Ánh sáng trắng và ánh sáng màu

Soạn vật lí 9 bài 51: Bài tập quang hình học

Soạn vật lí 9 bài 50: Kính lúp

Soạn vật lí 9 bài 49: Mắt cận và mắt lão

Soạn vật lí 9 bài 48: Mắt

Soạn vật lí 9 bài 47: Sự tạo ảnh trong máy ảnh

Soạn vật lí 9 bài 46: Thực hành: Đo tiêu cự của thấu kính hội tụ

Soạn vật lí 9 bài 45: Ảnh của vật tạo bởi thấu kính phân kì

Soạn vật lí 9 bài 44: Thấu kính phân kì

Soạn vật lí 9 bài 43: Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

Soạn vật lí 9 bài 42: Thấu kính hội tụ

Soạn vật lí 9 bài 41: Quan hệ giữa góc tới và góc phản xạ

Soạn vật lí 9 bài 40: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Soạn vật lí 9 bài 39: Tổng kết chương II: Điện từ học

Soạn vật lí 9 bài 38: Thực hành: Vận hành máy phát điện và máy biến thế

Soạn vật lí 9 bài 37: Máy biến thế

Soạn vật lí 9 bài 36: Truyền tải điện năng đi xa

Soạn vật lí 9 bài 34: Máy phát điện xoay chiều

Soạn vật lí 9 bài 33: Dòng điện xoay chiều

Bài tập Sách giáo khoa

 Bài C1 [trang 154 SGK Vật Lý 9]: Ở các lớp dưới, ta đã làm quen với khái niệm năng lượng. Hãy chỉ ra trường hợp nào dưới đây có cơ năng [năng lượng cơ học].

- Tảng đá nằm dưới mặt đất.

- Tảng đá được nâng lên khỏi mặt đất

- Chiếc thuyền chạy trên mặt nước.

Lời giải:

Tảng đá được nâng lên khỏi mặt dất [có khả năng thực hiện công cơ học].

Bài C2 [trang 154 SGK Vật Lý 9]: Những biểu hiện nào dưới đây là biểu hiện của nhiệt năng?

- Làm cho vật nóng lên.

- Truyền âm được.

- Phản chiếu được ánh sáng.

- Làm cho vật chuyển động.

Lời giải:

Làm cho vật nóng lên.

Bài C3 [trang 154 SGK Vật Lý 9]: Trên hình 59.1 SGK vẽ các thiết bị trong đó thực hiện sự biến đổi năng lượng từ dạng ban đầu sang dạng cuối cùng cần dùng cho con người. Hãy chỉ ra năng lượng đã chuyển hóa từ dạng nào sang dạng nào qua các bộ phận [1], [2] của mỗi thiết bị. Điền vào chỗ trống tên của dạng năng lượng xuất hiện ở bộ phận đó.

Lời giải:

Thiết bị A: [1] cơ năng thành điện năng, [2] điện năng thành nhiệt năng.

Thiết bị B: [1] điện năng thành cơ năng, [2] động năng thành động năng.

Thiết bị C: [1] hóa năng thành nhiệt năng, [2] nhiệt năng thành cơ năng.

Thiết bị D: [1] hóa năng thành điện năng, [2] điện năng thành nhiệt năng.

Thiết bị E: [2] quang năng thành nhiệt năng.

Bài C4 [trang 155 SGK Vật Lý 9]: Trong các trường hợp ở hình 59.1 SGK ta nhận biết được điện năng, hóa năng, quang năng khi chúng ta được chuyển hóa thành dạng năng lượng nào?

Lời giải:

Hóa năng thành cơ năng trong thiết bị C.

Hóa năng thành nhiệt năng trong thiết bị D.

Quang năng thành nhiệt năng trong thiết bị E.

Điện năng thành cơ năng trong thiết bị B.

Bài C5 [trang 156 SGK Vật Lý 9]: Ngâm một dây điện trở vào một bình cách nhiệt đựng 2 lít nước. Cho dòng điện chạy qua dây này trong một thời gian, nhiệt độ nước trong bình tăng từ 20oC lên 80oC. Tính phần điện năng mà dòng điện đã truyền cho nước. Cho nhiệt dung riêng của nước là 4200J.kg.K.

Lời giải:

Nhiệt lượng mà nước nhận được làm cho nước nóng lên tính theo công thức:

Q = mc[t2o - t1o] = 2.4.200[80 - 20] = 504000J.

Nhiệt lượng này do dòng điện tạo ra và truyền cho nước, vậy có thể nói rằng dòng điện có năng lượng, gọi là điện năng. Chính điện năng này đả chuyển thành nhiệt năng làm nước nóng lên. Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho các hiện tượng nhiệt và điện, ta có thể nói phần điện năng mà dòng điện đã truyền cho nước là 504000J.

Bài tập Sách bài tập

 Bài 1 trang 121 sách bài tập Vật Lí 9: Ta nhận biết trực tiếp được một vật có nhiệt năng khi vật đó có khả năng nào?

A. Làm tăng thể tích vật khác.

B. Làm nóng một vật khác.

C. Sinh ra lực đẩy làm vật khác chuyển động.

D. Nổi được trên mặt nước.

Lời giải:

Chọn B. Ta nhận biết trực tiếp được một vật có nhiệt năng khi vật đó có khả năng làm nóng một vật khác.

Bài 2 trang 121 sách bài tập Vật Lí 9: Trong các dụng cụ tiêu thụ điện năng, điện năng được biến đổi thành dạng năng lượng nào để có thể sử dụng trực tiếp? Cho ví dụ.

Lời giải:

Điện năng biến đổi thành nhiệt năng. Ví dụ bàn là, nồi cơm điện.

Điện năng biến đổi thành quang năng. Ví dụ: đèn Led, đèn ống

Điện năng biến đổi thành cơ năng. Ví dụ: máy bơm, quạt điện

Bài 3 trang 121 sách bài tập Vật Lí 9: Trong chu trình biến đổi của nước biển [từ nước thành hơi, thành mưa trên nguồn, thành nước chảy trên suối, sông về biển] có kèm theo sự biến đổi của năng lương từ dạng nào sang dạng nào?

Lời giải:

Quang năng của ánh sáng mặt trời biến đổi thành nhiệt năng làm nước nóng bốc hơi thành mây bay lên cao có thế năng; giọt mưa từ đám mây rơi xuống thì thế năng chuyển thành động năng; nước từ trên núi cao chảy xuống suối, sông ra biển thì thế năng của nước biển thành động năng.

Bài 4 trang 121 sách bài tập Vật Lí 9: Con người muốn hoạt động [đi lại, giữ ấm cơ thể...] cần phải có năng lượng. Năng lượng đó do đâu mà có và đã được biến đổi từ dạng nào sang dạng nào ?

Lời giải:

Thức ăn vào cơ thể xảy ra các phản ứng hóa học, hóa năng biến thành nhiệt năng làm nóng cơ thể, hóa năng thành cơ năng làm các cơ bắp hoạt động.

Bài 5 trang 121 sách bài tập Vật Lí 9: Nhìn bằng mắt thường ta thấy vật có cơ năng có biểu hiện gì?

A. Đứng yên

B. Chuyển động

C. Phát sáng

D. Đổi màu

Lời giải:

Chọn B. Nhìn bằng mắt thường ta thấy vật có cơ năng biểu hiện khi nó chuyển động.