Перспективы развития химических источников тока - Курсовая работа

В настоящее время основной долей энергии, используемой человечеством, является химическая энергия реакции горения природного топлива: топливо кислород = продукты окисления топлива Химическая энергия этой реакции затем превращается либо в механическую (двигатели внутреннего сгорания), либо в электрическую (тепловые электростанции) по схеме В двигателях внутреннего сгорания процесс идет до генерации механической энергии, на тепловых электростанциях - до электрической. В силу специфической особенности теплоты она может лишь частично превращаться в работу, основная часть теплоты бесполезно рассеивается в окружающем пространстве. Таким образом, 60-90% химической энергии топлива бесполезно рассеивается в окружающее пространство. химический источник ток топливныйВ 1801 году в Париже произошло яркое событие, неоднократно описанное историками науки: в присутствии Наполеона Бонапарта состоялось представление работы «Искусственный электрический орган, имитирующий натуральный электрический орган угря или ската» с демонстрацией модели этого органа. Наполеон щедро наградил автора: в честь ученого была выбита медаль и учреждена премия в 80 000 экю. Все ведущие научные общества того времени, включая Петербургскую академию наук, изъявили желание видеть его в своих рядах, а лучшие университеты Европы были готовы предоставить ему свои кафедры. Речь идет об Алессандро Вольте и его изобретении - Вольтовом столбе, Вольтов столб предположительно давал напряжение 40-50 вольт и ток менее одного ампера.Луиджи Гальвани появился на свет в Болонье 9 сентября 1737 года в семье, имеющей достаточно средств, чтобы в двадцать два года он смог закончить медицинский факультет Болонского университета. В 1780 году он начинает исследования по физиологии нервов и мышц. В своей работе «Трактат о силах электричества при мышечном движении» сам Гальвани пишет: «Итак, я считал, что сделаю нечто ценное, если я кратко и точно изложу историю моих открытий в таком порядке и расположении, в каком мне их доставили отчасти случай и счастливая судьба, отчасти трудолюбие и прилежание. Я сделаю это не только для того, чтобы мне не приписывалось больше, чем счастливому случаю, или случаю больше, чем мне, но для того, чтобы дать как бы факел тем, которые пожелают пойти по тому же пути исследования...» Согласно мнению большинства историков науки, случай явился в лице молодой жены Гальвани - Лючии Галеацци, которая крутила ручку электрофорной машины, в то время как ассистент препарировал лягушку. Описываемые события произошли в 1780 году, а трактат вышел только в 1791-м, и за эти 11 лет было поставлено огромное число экспериментов, в ходе которых ярко проявился удивительнейший талант Гальвани обращать внимание на существенные детали и выносить на свет сокрытое.Аллессандро Вольта был на восемь лет моложе Гальвани, но последний в своем трактате называет его знаменитейшим и изготовляет приборы, следуя опубликованным рекомендациям Вольты. Вольта происходил из более знатной семьи, чем Гальвани, получил прекрасное образование, был лично знаком со многими авторитетными физиками Европы, состоял в переписке с Английским королевским обществом и, будучи принятым в его ряды, явно хотел быть в нем заметным. Если количество электричества столь малое, что его почти не показывают электроскопы, вызывает ярко выраженный физиологический эффект, то стимул адекватен живому, то есть природа посылает через нервы в мышцы именно электрические импульсы. Вольт подробнейше описывает конструкцию более чувствительного электрометра и повторяет опыты Гальвани с привязкой к ним неких численных значений. Вольта вводит термин «электрическая жизнеспособность» - способность организмов или их частей «оживать» при замыкании нервов дугой или при воздействии электричества электрофорной машины.Открытие процесса электрохимического "холодного" горения водорода стало знаменательным событием в энергетике, и в дальнейшем такие известные электрохимики, как Оствальд и Нернст, сыграли большую роль в развитии теоретических основ и практической реализации топливных элементов и предсказали им большое будущее. Сам термин "топливный элемент" (Fuel Cell) появился позднее - он был предложен в 1889 году Людвигом Мондом и Чарльзом Лангером, пытавшимися создать устройство для выработки электричества из воздуха и угольного газа. Например, подавая водород к электроду, находящемуся в щелочной среде, получим электроны: 2H2 4OH-> 4H2O 4e-которые, проходя по внешней цепи, поступают на противоположный электрод, к которому поступает кислород и где проходит реакция: 4e- O2 2H2O > 4OH- Видно, что результирующая реакция 2H2 O2 > H2O - такая же, что и при обычном горении, но в топливном элементе, или иначе - в электрохимическом генераторе, получается электрический ток с большой эффективностью и частично тепло. Отметим, что в топливных элементах в качестве горючего могут также применяться уголь, окись углерода, спирты, гидразин, другие органические вещества, а в качестве окислителей - воздух, пере

Содержание

Введение

1. История развития химических источников тока

1.1 Открытие Гальвани

1.2 Вольтов столб

1.3 Топливные элементы

2. Классификация химических источников тока

2.1 Первичные и вторичные источники тока

2.2 Топливные элементы

3. Перспективы развития химических источников тока

3.1 Топливные элементы как современный химический источник тока

3.2 Разработка и применение топливных элементов

4. Расчет экономического эффекта

4.1 Задание и исходные данные для расчета

4.2 Вспомогательный и основной расчет

Заключение

Библиографический список

В настоящее время основной долей энергии, используемой человечеством, является химическая энергия реакции горения природного топлива: топливо кислород = продукты окисления топлива

Химическая энергия этой реакции затем превращается либо в механическую (двигатели внутреннего сгорания), либо в электрическую (тепловые электростанции) по схеме

Химическая энергия теплота механическая энергия электрическая энергия

В двигателях внутреннего сгорания процесс идет до генерации механической энергии, на тепловых электростанциях - до электрической.

Недостатком существующих методов преобразования энергии является малый КПД. Особенно большие потери энергии происходят на стадии превращения теплоты в механическую работу. В силу специфической особенности теплоты она может лишь частично превращаться в работу, основная часть теплоты бесполезно рассеивается в окружающем пространстве. Поэтому фактический КПД электростанций составляет 30-40%, а транспортных установок в городских условиях 10-15%. Таким образом, 60-90% химической энергии топлива бесполезно рассеивается в окружающее пространство. химический источник ток топливный

Актуальность темы исследования. Особый интерес представляет прямой путь превращения энергии окисления топлива в электрическую энергию.

Это электрохимический путь, осуществляемый с помощью химических источников тока.

Современной науке требуются новые, экономически выгодные, экологически безвредные источники тока.

Целью данной курсовой работы является исследование перспектив развития химических источников тока.

Развитие химических источников тока непосредственно связано с их практическим применением, поэтому основные задачи данной работы: - раскрыть историю возникновения химических источников тока

- рассмотреть их классификацию

- показать эффективность и перспективность использования топливных элементов

- произвести расчет экономического эффекта

Работа состоит из введения, заключения,4 глав. В конце работы приведен библиографический справочник.

В первой главе рассматриваются аспекты открытия Гальвани, создание Вольтова столба и история появления топливных элементов.

Во второй главе приводятся описание и классификация химических источников тока.

Третья глава посвящена топливным элементам как современным химическим источникам тока. В ней приведены опыты разработок и применения топливных элементов.

Заключение содержит выводы по вопросу перспективного развития химических источников тока, их применение.