Зарядка мобильного телефона от свечки или электричество для дачи своими руками
Электричество для дачи своими руками? А почему бы и нет? Наверняка, такая созидательная мысль приходит в голову многим дачникам в те нередкие дни, когда без предупреждения вырубается свет в самый неподходящий момент.

Электричество от свечки
Какие бывают электрогенераторы? Дизельный, бензиновый, газовый или на дровах. А еще ветряные, солнечные…

Если углубиться в историю этого вопроса, то можно узнать много интересного. Оказывается, у нас еще до войны в 40-е годы выпускались портативные тепловые электрогенераторы на эффекте Пельтье-Зеебека. Генератор одевался на стекло керосиновой лампы и давал ток, достаточный для питания лампового передатчика или приемника. Этими генераторами пользовались партизаны.

Уже во время войны выпускался еще так называемый «котелок партизана». В него засыпался снег или заливалась холодная вода. Пока котелок закипал на костре, он вырабатывал ток, которым заряжали аккумуляторы радиостанции. Бытует легенда: немецкие контрразведчики не могли понять, каким образом партизаны в лесу добывают электричество для такой продолжительной работы своих радиостанций.

Эффект Пельтье-ЗеебекаЭффект Пельтье-Зеебека прост. В замкнутой цепи из двух разнородных проводников Р1 и Р2, контакты которых поддерживаются при разных температурах Т1 и Т2, возникает электрический ток (это явление открыл немецкий физик Т. Зеебек в 1821 г.).

Если в той же цепи протекает постоянный ток, то один из контактов охлаждается, а другой нагревается (этот обратный эффект открыл в 1834 г. французский часовщик Ж. Пельтье). Эффект многократно усиливается, если Р1 и Р2 – полупроводники разного типа (n-и p-полупроводники).

схемаЕдиничным элементом Пельтье-Зеебека является термопара из двух соединенных медной шиной полупроводников n- иp- типа. Сборка из последовательно включён­ных элементов, вклеенная между двумя керамическими пла­стинами, представляет собой модуль Пельтье (Зеебека).

Коротко о том, что же это за чудесные n-и p-полупроводники.

схема 2

Как известно, вокруг ядра атома на нескольких оболочках располагаются электроны, удерживаемые притяжением ядра. Их общий отрицательный заряд уравновешивается положительным зарядом ядра.

В металле электроны внешней оболочки атома легко отрываются и беспорядочно перемещаются в межатомном пространстве. Эти свободные электроны и обеспечивают электропроводимость металла.

В изоляторе (диэлектрике) свободных электронов нет.

Промежуточное положение занимает полупроводник – твердое кристаллическое вещество (германий кремний и др.). В нем мало свободных электронов и потому он – плохой проводник. Но его проводимость меняется под действием тепла, света, примесей и, кроме того, связана с перемещением не только электронов, но и положительных зарядов – «дырок».

При воздействии тепла или света появляются свободные электроны, оторвавшиеся от внешних оболочек атомов полупроводника – возникает проводимость. Это – электронная проводимость (n-проводимость: «negative» – отрицательный).

Место, откуда оторвался электрон, называют «дыркой». Теперь атом имеет положительный заряд. Но дырку немедленно занимает электрон от соседнего атома. При этом предыдущий атом становится нейтральным, а соседний – с положительным зарядом с дыркой. Дальше по цепочке: атомы неподвижны, но «по эстафете» передают вместе с дыркой положительный заряд. Это тоже проводимость. Ее называют дырочной проводимостью (p-проводимостью: «positive» – положительный).

В чистом полупроводнике величины электронной и дырочной проводимости равны. Дозированное введение примесей (мышьяка, индия) в кристалл полупроводника сильно нарушает это равновесие. Полупроводники с преобладающей электронной или дырочной проводимостью называют соответственно n-полупроводниками и p-полупроводниками.

Конечно, энтузиасты-умельцы, узнавшие о партизанских электрогенераторах, не могли пройти мимо идеи создания аналогичных приборов для своих бытовых и туристических нужд. В интернете можно найти увлекательные описания экспериментов с элементом Пельтье-Зеебека, проходивших с переменным успехом.

Здесь мы познакомим вас с окончательным результатом этих изысканий на сегодняшний день – с конкретной конструкцией самодельного термоэлектрогенератора на базе модуля Пельтье, вырабатывающего 5 вольт от свечи.

Сначала перечислим материалы и инструменты, необходимые для изготовления термоэлектрогенератора.

модуль ПельтьеОсновная деталь – модуль Пельтье TEC1-12712 (62×62) с габаритами 62х62х3,8 мм. Его можно приобрести у фирм ЭК ЗИП и ДЭК примерно за 1 300 р. Вместо него можно взять два модуля Пельтье TEC1-12705 (40×40) с габаритами 40х40х3,6 мм (фирма ДЭК реализует модуль за 285 р.).

электрическая плата

Вторая важная электротехническая деталь – повышающий преобразователь постоянного напряжения с 1,5 вольт на 5 вольт. Подойдет преобразователь ЕК-1674 микроскопической сборки, размером чуть больше ногтя (в интернет-магазине Ekits.ru он стоит 320 р.). Преобразователь можно собрать и самим по приведенной схеме.

схема преобразователя

Ещё потребуются:

― лист дюралюминия для изготовления подложки для модуля (лист 40х30х0,3 см можно купить у частника на развале за 300-400 р.);
― свеча Икеа в стакане (стоит около 100 р.) для подогрева нижней грани модуля Пельтье;
― ковш для холодной воды со льдом для охлаждения верхней грани модуля;
― паяльник ( например, вот такой паяльник на 12 вольт) и припой;
― термоклей (термоклей Radial 2 мл стоит 150 р.);
― лобзик и ножовка по металлу;
— тестер для замеров напряжения.

Теперь можно приступить к сборке устройства.

Воткнув в лобзик пилку от ножовки по металлу, надо выпилить из дюралевого листа прямоугольник по размерам модуля Пельтье или двух меньших модулей.

подготовка к сборке

На полученную дюралевую подложку термоклеем укрепляется большой модуль или последовательно (рядом) два меньших модуля. Термоклей по консистенции напоминает ПВА, но прочно приклеивает керамическую грань модуля к дюралевой пластине. По описанию, клей выдерживает температуру 300°, только высыхает долго: надо ждать 12 часов.

клеим

Когда клей высохнет, тем же термоклеем сверху надо приклеить ковш. При этом важно, чтобы дно ковша было идеально плоским – для лучшего теплоотвода. Дюралевую подложку с ковшом уже можно поставить на стакан со свечой Икеа. И тут пора собирать электрическую цепь.

прибор в действии

Если сейчас налить в ковш холодную воду со льдом, зажечь под ним свечу и подсоединить к проводам тестер, то через 3-4 минуты появится напряжение: сначала 0,9 вольт, затем до 1,5 вольт. Понятно, что с этим напряжением нечего делать: даже для зарядки мобильного телефона требуется 5 вольт. Именно поэтому был приготовлен преобразователь, повышающий напряжение от 1,5 до 5 вольт. Сохраняя терпение и выдержку, этот микроскопический преобразователь надо подпаять в цепь.

изменение

После этого термоэлектрогенератор становится вполне пригодным для зарядки мобильного телефона. Если в наши дни появятся партизаны, то они без проблем будут заряжать свой сотовый от свечи, где бы ни находились.

Но оказалось, что этот термоэлектрогенератор можно приспособить и для освещения. Для этого надо подсоединить одноваттный светодиод, приклеив сам светодиод к стенке ковша двусторонним скотчем (вы это видите на предыдущем снимке с ковшом).

Минипрожектор (скажем скромно – фонарик) загорается не сразу, а через три-четыре минуты после того, как зажигается свеча. Измерение освещенности экспонометром (несколько повторных замеров ночью) показало примерно 30 люксов на удалении 30 см. А при этом освещении можно читать!

электричество от свечки

Такой световой поток дает 10-ваттная лампа накаливания. Получается, что тепло свечи преобразовывается в световое излучение интенсивностью, в 10 раз большей, чем интенсивность излучения от самой свечи (впрочем, свеча тоже вносит некоторую долю в освещение, создаваемое генератором). И это при том, что элемент Пельтье имеет кпд всего 2-3%.

Таким, образом, можно сделать оптимистический вывод: настойчивые эксперименты умельцев привели к положительным результатам. Именно: с помощью модуля Пельтье, преобразователя напряжения и свечи в походных условиях можно подзарядить мобильный телефон, а при необходимости собрать и фонарик на светодиоде. Этот фонарик будет светить гораздо ярче, чем свеча. И еще вывод: теперь можно обеспечить электричество для дачи своими руками.