Põltsamaa Ühisgümnaasium KÜTUSEELEMENDID Referaat Koostaja: Marita Kose 10A 2012 Sisukord Sisukord.....................................................................................................2 Sissejuhatus.................................................................................................3 Mis on kütuseelement?................................................................................................................4 Kuidas kütuseelement töötab?............................................................................5-6 Enimkasutatavate kütuseelementide tüübid..........................................................7-9 Vesinik kütusena......................................................................................10-11 Kasutatud kirjanus..........................................
Kütuse element Fuel Cell · Kütuseelement on keemiline vooluallikas, milles saadakse elektrienergiat kütuse oksüdatsioonil vabaneva energia arvel, · on seade, mis suudab toota keemilisest energiast elektrienergiat, ilma et muundaks seda vahepeal mehaaniliseks energiaks. · 2003. aastal allkirjastasid Euroopa Liit ja USA memorandumi nn vesinikuühiskonna rajamiseks, tuginedes veendumusele, et 21. sajandi põhilisteks energiakandjateks
ootamatute voolukatkestuste puhul. Siiani ei ole ükski muu aku pliiakudele väga tõsist konkurentsi pakkunud. Muud akud on mitmesugused leelisakud, mille elektrolüüdiks on KOH või NaOH lahus. Leelisakud on pliiakudest kergemad, ei karda laadimata olekut ega ülekoormust, samas nende pinge muutub tühjenemisel palju 1,7 kuni 1,2 V. Kõige suurem miinus on nende akude puhul aga selles, et nende kasutegur on vaid 50-60%. Kütuseelemendid Kütuseelement on eri tüüpi galvaanielement, milles toimub kütuse aeglane oksüdatsioon (,,leegita põlemine") ja reaktsioonil vabaneva energia eraldumine elektrienergiana. Kütuseelement töötab elektrokeemilise generaatorina, milles elementi juhitakse pidevalt elektrokeemiliselt aktiivseid aineid vastavalt nende ärakasutamisele. Sel viisil tagatakse elektrienergia pidev genereerimine elemendis. See on ka peamine omadus, mille poolest erineb kütuseelement galvaanielemendist
a) ühekordselt kasutatavad - galvaanielemendid ja kuivelemendid b) korduvalt kasutatavad akumulaatorid Keemiliste vooluallikate tunnussuurusteks on: 1)nimipinge voltides (V) 2)mahtuvus ampertundides (Ah) elektrihulk, mida värske element on võimeline andma kindlatel tühjendustingimustel. 3)säilimisaeg ajavahemik, mille lõpul on toatemperatuuril säilitatud allikas alles veel kindel osa (nt. 90 %) mahtuvusest. Säilitamise piiraeg on elemendile märgitud. Kütuseelement Kütuseelemendi tööpõhimõtte avastas juba 1839.a uelslasest jurist ja füüsik sir William Robert Grove (1811-1896). Kütuseelemendis toimub kütuse elektrokeemiline oksüdatsioon (nn külmpõlemine), mille tulemusena saadakse nii elektrit kui ka soojust. Kütusena kasutatakse kõige enam põlevgaase, nagu vesinik, süsinikoksiid, süsivesinikud, aga kasutatakse ka vedel- (hüdrasiin) ning tahkekütuseid (süsi). Oksüdeerijaks on tavaliselt
.................................Akude omadused 9..................................................................................Akude mahtuvus 10.............................................................................Leclanché element 10........................................................................Galvaanielemendid 11..........................................................................Volta element 12........................................................................Kütuseelement 14...............................................................Kasutatud kirjandus 2 AKUD Akud on elektriseadmed, mis on ette nähtud elektrienergia salvestamiseks selle hilisema kasutamise eesmärgil. Elektrolüüdi tüübi järgi jagatakse akud kahte suurde rühma: happeakud ja leelisakud. KUIDAS AKU TÖÖTAB Kui panna kaks elektrit juhtuvat materjali (elektroodi) elektrit juhtivasse lahusesse
kahjustada inimese kesknärvisüsteem, sest maksas olev ensüüm alkoholi dehüdrogenaas lagundab metanooli formaldehüüdiks ja sipelghappeks. (Sipelghape viib vere PH nii madalaks, et hapnikutransport muutub võimatuks.) Esmalt saab pöördumatult kahjustada nägemine, surma põhjuseks on enamasti hingamise seiskumine. Vastumürgina tuleks kiiresti juua etanooli, sest ta toimib maksas inhibiitorina ja selle tulemusel jääb metanool lagundamata ning väljub neerude kaudu kehast. Metanooli kütuseelement 2CH 3 OH +3 O3 4 H 2 O+2 CO2 Keemilise kütuseelementi tööpõhimõte seisneb selles, et vesiniku või vesinikku sisaldavat ainet (vesi, metanool jne.) juhitakse anoodist läbi membraani ja/või elektrolüüdi, mis laseb läbi vaid positiivsed laengud (H+). Negatiivsed ioonid või elektronid juhitakse läbi alalisvooluahela, toites vahetult elektriseadmeid. Katoodi juures saavad kokku vesinik (H+) ja O2 ¿ hapnik ( , mis ühinevad veeks
hõbe, kaadmium-hõbe jne. Need äratavad huvi oma väikesemõõtmelisuse tõttu. Odavaim selline nn nööpelement (vaata lisadest joonist 3) on elektronkäekellade, kalkulaatorite ja muude pisikeste seadmete toiteallikana kasutatav tsink- hõbeelement, mille lähteained on metalliline tsink ja elavhõbe(II)oksiid ning selle vooluallika summaarne protsess sarnaneb eeltoodule. (Timotheus, 1999:260-261) 5 1.3. Kütuseelemendid Kütuseelement on eri tüüpi galvaanielement, milles toimub kütuse aeglane oksüdatsioon (,,leegita põlemine") ja reaktsioonil vabaneva energia eraldumine elektrienergiana. Kütuseelement töötab elektrokeemilise generaatorina, milles elementi juhitakse pidevalt elektrokeemiliselt aktiivseid aineid vastavalt nende ärakasutamisele. Sel viisil tagatakse elektrienergia pidev genereerimine elemendis. (Karik, Palm, Past, 1981:210)
Keemiline Vooluallikas On seade milles keemilisel reaktsioonil on saadud energia muudetakse elektrienergiaks. Koosneb kahest elektroodist mis on pandud elektrolüüdide lahusesse. Galvaanielement on ühekordne keemiline vooluallikas, aktiivsem metall on aniooniks ja temalt hakkavad elektronid ära liikuma. Aku Akumolaator on mitmekordne keemiline vooluallikas, Anioodiks on Pb ja Katioodiks on PbO2 Võrrand : Pb + PbO2 +2H2SO4 TühjenemineLaadumine 2PbSO4 +2H2O Kütuseelement On keemiline vooluallikas milles elektrienergia saadakse kütuse oksüdeerumisel eralduva energa arvul, Kõige tuntum on vesinik hapnik element.
hõbe, kaadmium-hõbe jne. Need äratavad huvi oma väikesemõõtmelisuse tõttu. Odavaim selline nn nööpelement (vaata lisadest joonist 3) on elektronkäekellade, kalkulaatorite ja muude pisikeste seadmete toiteallikana kasutatav tsink- hõbeelement, mille lähteained on metalliline tsink ja elavhõbe(II)oksiid ning selle vooluallika summaarne protsess sarnaneb eeltoodule. (Timotheus, 1999:260-261) 1.3. Kütuseelemendid Kütuseelement on eri tüüpi galvaanielement, milles toimub kütuse aeglane oksüdatsioon („leegita põlemine”) ja reaktsioonil vabaneva energia eraldumine elektrienergiana. Kütuseelement töötab elektrokeemilise generaatorina, milles elementi juhitakse pidevalt elektrokeemiliselt aktiivseid aineid vastavalt nende ärakasutamisele. Sel viisil tagatakse elektrienergia pidev genereerimine elemendis. (Karik, Palm, Past, 1981:210)
keemilise elemendi teisendid Tavaline vesinik ehk Raske vesinik ehk Üliraske vesinik ehk Prootium Deuterium Tritium H D T Hapniku kasutamine Kõrge temperatuuriga leek Raketikütuse koostisosa Keemiatööstuses oksüdeerija Meditsiin Vesiniku kasutamine Redutseerija metallide tootmisel maakidest Kütuseelement Vesiniku saamine Laboris Tsingi reageerimisel hapetega Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 Tööstuses Vee elektrolüüsil 2H2O 2H2 + O2 Hapniku saamine Laboris Hapnikurikaste ainete lagunemisel 2KMnO4 O2 + K2MnO4+MnO2 Tööstuses Vee elektrolüüsil 2H2O 2H2 + O2 Looduses Fotosünteesil Paukgaas Vesiniku segu hapnikuga on plahvatusohtlik Paukgaas koosneb kahest ruumalaosast vesinikust ja ühes ruumalaosast hapnikust
keemilise elemendi teisendid Tavaline vesinik ehk Raske vesinik ehk Üliraske vesinik ehk Prootium Deuterium Tritium H D T Hapniku kasutamine Kõrge temperatuuriga leek Raketikütuse koostisosa Keemiatööstuses oksüdeerija Meditsiin Vesiniku kasutamine Redutseerija metallide tootmisel maakidest Kütuseelement Vesiniku saamine Laboris Tsingi reageerimisel hapetega Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 Tööstuses Vee elektrolüüsil 2H2O 2H2 + O2 Hapniku saamine Laboris Hapnikurikaste ainete lagunemisel 2KMnO4 O2 + K2MnO4+MnO2 Tööstuses Vee elektrolüüsil 2H2O 2H2 + O2 Looduses Fotosünteesil Paukgaas Vesiniku segu hapnikuga on plahvatusohtlik Paukgaas koosneb kahest ruumalaosast vesinikust ja ühes ruumalaosast hapnikust http://www.youtube.com/watch?v
koosneb vesinikust ja hapnikust. Lõplikku katselist kinnitust aga ei olnud sellele oletusele seni õnnestunud saada. Teadlased kasutasid 17 Volta elemendist koosnevat elektripatareid. See andis väga tugevat voolu. Ja selle mõjul algas vee tormiline lagunemine kaheks gaasiks vesinikuks ja hapnikuks. Ainete sellist lagunemist elektrivoolu toimel nimetatakse elektrolüüsiks. Kümneid ja kümneid, vasest ja tsingist. Seejärel lõikas ta samasuguseid kettaid poorsest Kütuseelement Kütuseelement on elektrokeemiline energia muundamisseade, mis toodab elektrit ja kõrvalproduktina soojust. Kütuselemendi kütuseks on vesinik või vesinikku sisaldavad ained. Kui kütusena kasutada puhast vesinikku, siis on protsessi ainsateks kõrvalproduktideks soojus ja puhas vesi. Alljärgnevalt ongi illustreeritud puhtal vesinikul töötava kütuseelemendi töö põhimõte. Kütuseelement koosneb kolmest põhiosast: anood, katood ja elektrolüüt. Anood ja
sulam- mitmest metallist või metallist ja mittemetallist koosnev metalliliste omadustega materjal. elektrolüüs- elektrivoolu läbijuhtimisel lahusest või sulatatud elektrolüüdist elektroodidel kulgev redoksreaktsioon. keemiline vooluallikas- seade, milles keemilises reaktsioonis vabanev energia muudetakse vahetult elektrienergiaks. aku- korduvalt kasutatav (tühjenemise järel taaslaetav) keemiline vooluallikas. kütuseelement- keemiline vooluallikas, milles saadakse elektrienergiat kütuse oksüdatsioonil vabaneva energia arvel. malm- raua ja süsiniku sualm, mis sisaldab 2-5% süsinikku. teras- raua ja süsiniku sulam, mis sisaldab süsinikku alla 2% (lisaks rauale võib sisaldada teisi M). eriterased e legeeritud terased- sisaldavad lisandina mangaani, kroomi, niklit jt metalle. roostevaba teras- õhu, vee ning mitmesuguse agressiivse keskkonna korrodeerivale toimele vastu- pidav teras. autometall-
Vesinik on tähtis tooraine keemiatööstuses määrdeõlide, mineraalväetise, hapete jpt ainete tootmisel. Vesinikuühendid on tahke raketikütuse põhikomponendid ja ka vedelkütuseraketi kütus on kas petrooleum või vedel vesinik. Sõjatehnikas on kasutatud ka vesinikpomme, mis oma jõult on suuremad, kui aatompommid, kuid need keelustati juba ammu. Vesinikkütust kasutatakse raketikütusena ja tulevikus ka autokütusena. Autokütusena kasutab kütuseelement puhast vesinikku. Vesiniku energiasisaldus on suur ja loodusele kahjulikud põlemisjäägid puuduvad. Kasutatud kirjandus: http://www.ap3.ee/Default2.aspx?ArticleID=5d793127-50d4-4e76-9fb0- 4dbbec48eb68&RubricID=a333695f-4f9f-45b9-91bb-966dfcc01407&ref=rss http://et.wikipedia.org/wiki/Vesinik http://209.85.129.104/search? q=cache:G767IVDF1pMJ:www.koolielu.ee/pages.php/03090105%3Ftxtid %3D2897%26get%3D0+vesinik&hl=et&ct=clnk&cd=2&gl=ee&lr=lang_et http://209.85.129.104/search
temperatuuri suurenedes juhi takistus samuti suureneb, sest soojusliikumise intensiivsus kasvab ning takistab rohkem laengukandjate liikumist. 6) Vooluallikate liike: Vooluallikaks nim seadet, mis muundab mitteelektrilist energiat elektrienergiaks, ta on energia muundur. keemilised vooluallikaid (galvaanielemente, elementide patareisid, akusid) füüsikalis-mehaanilisi (generaatorid vesi, aur, sisepõlemismootor), (päikesepatareides muundatakse mingil muul moel.. ala fotosüntees vmt), (kütuseelement midagi ringi ei aeta, umbes nagu akus, aga mitte päris (kuidagi vahetatakse elektrone vmt)) 7) Seaduse sõnastusi. Ohmi seadus- tavaliselt formuleeritakse Ohmi seadus takistuse kaudu järgmiselt: Voolutugevus vooluringi lõigus on võrdeline lõigu otstele rakendatud pingega ja pöördvõrdeline lõigu takistusega. Joule-Lenzi seadus: Elektrivoolu toimel juhis eralduv soojushulk Q on võrdeline voolutugevus I ruuduga, juhi takistusega R ja voolu kestusega (vaadeldava ajavahemikuga) t
Maak kivim või mineraal, mis on mingi lihtaine saamisel tooraineks. Sulam mitmest metallist või mittemetallist ja metallist koosnev metalliliste omadustega materjal, tavaliselt saadakse koostisainete kokkusulatamise. Elektrolüüs elektrivoolu juhtimisel lahusest või sulatatud elektrolüüdist elektroodidel kulgev redoksreaktsioon. Metalliline side keemiline side metallide, tekib metalliaatomite vahel ühiste väliskihi elektronide abil. Kütuseelement keemiline vooluallikas, milles saadakse elektrienergiat kütuse oksüdatsioonil vabaneva energia arvel. Metallide iseloomulikud füüsikalised omadused(4): Enamik metallide iseloomulikke füüsikalisi omadusi on tingitud metallilisest sidemest. nad on tavaliselt läikivad, suure tihedusega, venitatavad ja sepistatavad, tavaliselt kõrge sulamistemperatuuriga, tavaliselt kõvad, juhivad hästi elektrit ja soojust. Millest on tingitud metallide plastilisus, hea soojus ja elektri juhtivus
põletiga rasksulavaid materjale ja sulameid (sellel temperatuuril sulavad kõik metallid) · vesiniku põlemisel vabaneb 3-4 korda rohkem energiat kui sama koguse söe või nafta põlemisel, seetõttu on väga perspektiivne vesiniku kasutamise kütuseelemendis. See on eri tüüpi galvaanielement, milles toimub vesiniku aeglane leegita põlemine õhus või hapnikus. Selle tulemusel vabaneb energia elektrienergiana. Kütuseelement on keskkonnasõbralik, sest reaktsioonisaaduseks on ainult vesi (veeauruna). Samuti võib vesinikku saada veest, mille varud on aga lõpmatud. Kahjuks on vesiniku tootmine veest kallis, sest selleks tuleb kasutada elektrienergiat (elektrolüüs). · inimkeha massist on 10% vesinikku; vesinik on organismis kõikide orgaaniliste ühendite ja vee koostiselement; organismis on mitmeid happeid (maomahlas esineb ~0,5%
mõne minutiga. Kuna täna, ei ole suruõhul liikuvad autod veel kuigi konkurentsivõimalised, töötatakse ka hübriidjõuallikate kallal, mis alla 60 km/h kiiruse juures töötaks suruõhu, üle selle aga traditsioonilise kütuse, olgu selleks siis bensiin, diisliküte või gaas, abil. Üleminek ühelt reziimilt teisele toimuks elektrooniliselt, ilma juhi vahelesegamiseta. Vesinikuauto Kütuseelement (fuel cell) on akupatareiga sarnane elektrokeemiline seade, mis genereerib maagaasist või teistest süsivesinikest elektrienergiat. Protsessi kõrvalproduktideks on soojus ja puhas vesi
Zn(t) + Cu (v) Cu(t) + Zn (v) Vastupidist reaktsiooni (vasktraat tsingi soola lahuses) ei toimu - järelikult on tsingil suurem võime oksüdeeruda kui vasel. 79. Galvaani elemendi toimispõhimõte. Danielli element. galvaanielemendis toimuv seal kulgevad keemilised muutused ainetes iseeneslikult protsessi tulemusena tekib elektrivool ning süsteemi vabaenergia väheneb Danielli element: 80. Kütuseelement. Kütuseelement on keemiline vooluallikas, milles saadakse elektrienergiat kütuse oksüdatsioonil vabaneva energia arvel Kütuseelement toimib analoogiliselt elusorganismidele genereeritakse prootonpotentsiaal - negatiivset laengut omavatele osakestele läbimatu membraanide kasutamise teel 81. Elektrolüüs. NaCl elektrolüüsi näitel. Elektrolüüsil liiguvad anioonid anoodile, kus nad loovutavad elektrone, katioonid aga katoodile, kus nad liidavad elektrone
riigile hüüdnime põhja Bahrein, on nähtavad arengud olnud tagasihoidlikud. Arnasoni sõnul saaks kogu riik hakkama minimaalselt 15 tanklaga (,,Island tahab fossiilsetest kütustest loobuda", autorit polnud kirjas, 21.09.2007, www.delfi.ee, viimati alla laetud 19.04.2009). Pärast aastaid kestnud uurimistöid töötab riigis aga vaid üks vesinikutankla, ringi sõidavad mõned vesinikuautod ning on üks vaalaseirelaev, millel lisaenergiaallikana pardal vesiniku kütuseelement. Kolme vesinikubussi katsetused lõppesid 2007. aastal, kaks neist saadeti vanarauaks ning kolmanda omandas transpordimuuseum. Katsed pidid jätkuma, kuid enne sai Island tunda ülemaailmse majanduskriisi kõige kurjemat palet (,,Miks ei ole vesinikust kütusena asja saanud?", Villu Päärt, Äripäev, 01.12.2008, www.ap3.ee, viimati alla laetud 19.04.2009). Honda hakkas esimesi autosid liisima USAs California osariigi lõunaosas. Piirkond valiti
väärtusega 0,00 mV. Seetõttu mingi ühendi redokspotentsiaal on suhteline väärtus võrdlus standardvesinikelektroodiga. 12 Keemilised vooluallikad. Keemiline vooluallikas on seade, milles elektrokeemilises reaktsioonis vabanev energia muundub vahetult elektrienergiaks. Kütuseelement. Kütuseelement on keemiline vooluallikas, milles saadakse elektrienergiat juurdeantava kütuse oksüdeerimisel vabaneva energia arvel. Niisugust energiamuundurit võib käsitada kui galvaanielementi, mille elektrokeemilise reaktsiooni jaoks tarvilik aine ei paikne lõpliku kogusena elemendi sees, vaid seda antakse väljastpoolt pidevalt juurde. Niiviisi on võimalik saada kütusest vahetult elektrienergiat. Tavalisel
Diiselmootori korral kasutatakse Saksamaal suitsugaaside katalüütilist puhastust. Müranivoo: Soomes taolistes elektrijaamades teostatud mõõtmised näitavad, et nad sobivad kasutamiseks elurajoonides. 50 m kaugusel mõõdetud müranivoo on väiksem lubatust (35 dB). Gaasimootoriga koostootmisjaama hoolduskulud on keskmiselt 2% investeeringust aastas. Eestis, kus töötavaid seadmeid on vähe, võivad hoolduskulud ulatuda 3 4% investeeringust. 6.7 Kütuseelemendid Kütuseelement on akupatareiga sarnane elektrokeemiline seade, mis genereerib maagaasist 67(113) Villu Vares Energia ja keskkond või teistest süsivesinikest elektrienergiat. Enamik kütuseelemente tarbib kütusena vesinikku. Vesinikku saab toota maagaasist, või ka elektrienergiat kasutades vee hüdrolüüsimisel. Viimasel juhul on tegemist energia salvestamisega.
o Näiteks õlavars ja küünarvars. Kaotatakse jõus, võidetakse teepikkuses. Jõu rakenduspunktides (seal, kus lihased kinnituvad luude külge) on jõud ja mehhaanilised pinged väga suured. · Keemiline ja mehhaaniline energia. o Kütuse keemiline energia muudetakse mootoris mehhaaniliseks energiaks. Kasutegur 20%. · Lihaste kasutegur. o Lihaste kasutegur (toitainete keemiline energia) on 40%. · Kütuseelement. o Kütuseelement on seade kütuse keemilise energia korduvaks otseseks muutmiseks elektrienergiaks. Aku, mida võib laadida kütust (vesinik, maagaas, bensiin jms) juurde lisades. Parimaks kütuseks peetakse vesinikku, kasutegur kuni 100%. · Ergomeetria, inimese võimsus. o Ergomeeria lihaste mehhaanilise töö ja võimsuse mõõtmine. Inimene suudab lühiajaliselt (0,2 s) arendada võimsust 5 hj
57. Keemilised vooluallikad. Keemilised vooluallikad on praktilises kasutuses olevad galvaanielemendid, mida kasutatakse elektrivoolu saamiseks. •Head vooluallikat iseloomustab: - suur erimahtuvus (toodetava energiahulga ja massi või ruumala suhe) - elektromotoorjõu (klemmipinge) konstantsus vooluallika tühjenemisel - madal sisetakistus (võimaldab saada tugevat voolu) - hea säilivus Keemiliste vooluallikate jaotus: galvaanielement (patarei), akud, kütuseelement Kõikide puhul elektrienergia saadakse keemilise reaktsiooni käigus •Galvanielement ühekordselt kasutatav (töötab seni, kui on veel elektrokeemiliselt aktiivseid aineid) •Akud korduvalt kasutatavad. •Kütuseelement töötab seni, kuni reageerivaid aineid peale antakse. 58. Elektrolüüs. Elektrolüüs on redoksreaktsioon, mis toimub elektrolüüdi lahuses või sulas elektrolüüdis elektroodide pinnal elektrivoolu toimel (aine lagunemine elektrivoolu toimel).
KEEMIA PÕHIMÕISTED AATOM- üliväike aineosake, koosneb tuumast ja elektronidest. AATOMI MASS- aatomi mass massiühikutes (grammides). AATOMMASS- ehk suhteline aatommass; aatomi mass aatommassiühikutes, tähis Ar . AATOMMASSIÜHIK(amü)- suhteline ühik, mille abil väljendatakse aatomite jt. aineosakeste massi. 1/12 süsiniku (massiarvuga 12) aatomi massist, 1 amü = 1,66054 10 -27 kg. AATOMNUMBER- prootonite arv aatomi tuumas, võrdub tuumalaenguga. Tähis Z. AATOMI ELEKTRONKATE- aatomituuma übritsev elektronide kogum, mis koosneb elektronkihtidest ja määrab aatomi mõõtmed. AATOMITUUM- aatomi keskmes olev osake, millesse on koondunud põhiosa aatomi massist. Koosneb prootonitest ja neutronitest. AATOMORBITAAL- aatomi osa, milles elektroni leidmise tõenäosus on kõige suurem. ADSORBENT- tahke keha, mille pinnale kogunevad gaasi või lahuses oleva aine osakesed. AGREGAATOLEK- aine füüsikaline olekuvorm (tahke, vede...
galvaanielemendiga), siis on olulised veel: Maksimaalne laadimis- ja tühjendamiskordade arv Väike isetühjenemine GALVAANIELEMENT (PATAREI) AKUD KÜTUSEELEMENT Kõikide puhul saadakse elektrienergia keemilise reaktsiooni käigus Patarei on ühekordselt kasutatav Akud on korduvalt kasutatavad Kütuseelement töötab seni, kuni reageerivaid aineid peale antakse. 58. Elektrolüüs. Elektrolüüs on redoksreaktsioon, mis toimub elektrolüüdi lahuses või sulas elektrolüüdis elektroodide pinnal elektrivoolu toimel. Katood (-) – elektrood, millel toimub redutseerumine – on seotud vooluallika negatiivse poolusega ja sinna on tekitatud elektronide ülejääk
Kombineeritud tsükkel on äärmiselt paindlik. Võimalik on ka töötamine ainult gaasiturbiiniga, juhtides temast väljuvad gaasid otse korstnasse. Aurutsükli võimalik skeem võib olla lihtne üherõhuline aurutsükkel või kompleksne kolmerõhuline vaheülekuumendusega aurutsükkel. Lõplik variandi valik sõltub tehnilis- majanduslikest teguritest, põhiliselt kütuse hinnast ja omadustest. Kütusena saab kasutada kõiki gaasiturbiinile lubatud kütuseid. 65. Mis on kütuseelement? keemiline vooluallikas, milles saadakse elektrienergiat kütuse oksüdatsioonil vabaneva energia arvel. 66. Kuidas kaetakse kaugküttesüsteemides baas- ja tippkoormusi? Kaetakse energiaallikatega vastavalt nt aastaajale, Baaskoormus: Tahkekütusekatlad Prügipõletusseadmed Tööstuse heitsoojus, Elektri ja soojuse koostootmise seadmed Tippkoormus: Gaasikatlad Vedelkütusekatlad Elektrikatlad või elektrilised soojendid 68. Kuidas toimib Eesti gaasivarustus?
elektroodidega 2, mis on valmistatud katalüütilistest materjalidest (nikkel +grafiit + plaatina). Elektroodidel moodustatakse ioonid H + ja OH - , mis läbivad ioonivahetusmembraani 1 või elektrolüüdi nt. KOH ja ühinevad ,,-" elektroodil veeks. Olenevalt elemendi temperatuurist eraldub vesi kas vedeliku või auruna. Kasutegur 60...80%, voolutihedus elektroodides 0,1...0,5 A/cm 2 (see on suur tihedus, happeakudel 0,01 A/cm 2 ) Joonis 3.6. Hapnik-vesinik kütuseelement. 1 ioonidemuundamise kambrid, 2 poorsed katalüüsi elektroodid, 3 gaasi kambrid, 4 korpus, 5 - isolatsioon. ElVar 3. Toiteallikad.RT.hor.2006 doc Leht: 17 / 26 TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets 3.9 Katkematu toitega elektritarbijate toide
Nernsti võrrand E=E0- (RT/nF) * ln a E - elektroodi potentsiaal, E0 - elektroodi standardpotentsiaal, R - universaalne gaasikonstant (8.314 J/(K·mol)), F - Faraday konstant (96485 C/mol), T temperatuur kelvinites, n määratava iooni laengu absoluutväärtus või reaktsioonis osalevate elektronide arv ning a - potentsiaali määrava iooni aktiivsus. 113. Keemilised vooluallikad: kuivelement (tavaline, leelis ja Hg patareid), Pb aku, kütuseelement (vesinik-hapnik). Kuivelement: galvaani või leclanche element, mille vedel elektrolüüdilahus on muudetud voolamise vältimiseks pastaks või geeliks. anoodiks tsinkpurk; katoodiks süsinikvarras; elektrolüüdiks NH4Cl, ZnCl2 ja MnO2 segu tärklisekliistris; anood: Zn - 2e- ® Zn2+; katood: 2NH4+ + 2MnO2 + 2e- ® Mn2O3 + 2NH3 + H2O Hg patareid: kasutatakse kellades, kalkulaatorites Pb aku: suhteliselt väike energia ja massi, energia ja ruumala suhe, on suur võimalik
(vastavalt reeglile 3) anoodil aga oksüdeerub vesi (reegel 4): 110. Keemilised vooluallikad: kuivelement (tavaline, leelis ja anood: 2H2O ® O2 + 4H+ + 4ekatood: Hg patareid), Pb aku, Cu2+ + 2e- ® Cu(t) |*2 n summaarselt: kütuseelement (vesinik-hapnik). 2H2O + 2Cu2+ ® O2 + 4H+ + 2Cu(t) Kuivelement: n Elektrolüüsi kasutatakse metallesemete pinna katmiseks teise metalliga n anoodiks tsinkpurk n katoodiks süsinikvarras
n Elektronid liiguvad anoodilt katoodile! Laadimisvoolu toimel kulgevad mõlemad reaktsioonid vastassuunas. anood | lahus | soolasild | lahus | katood + Järjestikku on tavaliselt (-) Zn(t) | ZnSO4 (aq) | K2SO4küllast. | CuSO4 (aq) | Cu(t) (+) ühendatud 6 elementi, iga elemendi emj = 2 V, kokku 12V. Kütuseelement: 106. Elektroodpotentsiaalid, standartne Elektrolüüdiks kuum KOH lahus, anoodiks ja katoodiks inertsed, poorsed süsinikelektroodid. elektroodpotentsiaal. 2Ag+ + Cu = 2Ag + Cu2+ n Elektrokeemilise ahela potentsiaal on vahe üksikute elektroodide 111. Elektrolüüsiahel, töötamise põhimõte, näide. potentsiaalide vahel E = Ekatood Eanood
a) Tsinkelektrood lahustub: Zn Zn2+ + 2e- Aktiivsem metall oksüdeerub ehk loovutab elektrone ehk läheb lahusesse b) Vask sadestub elektroodi pinnale: Cu2+ + 2e- Cu Elektronid liiguvad anoodilt katoodile Elektrivool ongi elektronide suunatud liikumine 1. Galvaanielemendi elektromotoorjõu leidmine (osata arvutada standardpotentsiaalidest). 2. Keemilised vooluallikad: kuivelement (tavaline, leelis ja Hg patareid), Pb aku, kütuseelement (H- O) Kuivelement - elektrokeemilised alalistoiteallikad, mille elektromotoorjõud (emj) on tavaliselt 1,5 V ja sisetakistus suurusjärgus 1 oom. Patareid on tavaliselt jadamisi ühendatud kuivelementide või akumulaatorite kogumid Mn-Zn element - · anoodiks tsink · katoodiks süsinikvarras ja MnO2 · elektrolüüdiks NH4Cl, ZnCl2 ja MnO2 segu tärklisekliistris · anood: Zn - 2e- = Zn2+ · katood: 2NH4 + + 2MnO2 +2e- = Mn2O3 + 2NH3 + H2O
q = elektrolüüti läbiv elektrihulk F = 96,5*106 nn Faraday arv Ar = aine aatommass z = aines olevate ioonide valentsarv · Kasutusalad 1) Hapniku tootmine allveelaevades ja kosmoseaparaatides 2) Vee elektrolüüsi abil vesiniku tootmine kütuseks 3) Elektrolüütiline poleerimine 4) Vanad esemete, nt müntide, puhastamine 5) Elektrosöövitamise abil tööriistadele tootjamärgi andmine 6) Keemilised vooluallikad: patareid, akumulaatorid, kütuseelement 7) Puhtmetallide tootmine 8) Elektrosüntees, ehk elektrolüüsi teel keemiliste ühendite saamine 12.ja 13.Vahelduvvool ja transformaatorid · LC- ja RLC-võnkeringid (+ skeem, seletus) Võnkering on induktiivpoolist ja kondensaatorist koosnev elektriahel, milles on võimalik elektrivõnkumine. Võnkeringi üldskeem, 2) Jadavõnkering 3)Rööpvõnkering L on induktiivsus, C on mahtuvus, R on kaotakistus. · Vahelduvvool (+ tekitamise põhimõte)
1. Ehitusfüüsikalise projekteerimise ülesanded: Soojus – vähendada hoonete kütte- ja jahutuskulu; parandada soojuslikku mugavust hoones; vältida piirete määrdumist; vältida mikroobilist kasvu (hallitus, bakterid) hoonepiiretel. Niiskus – vältida veest või niiskusest tekkivaid probleeme; vältida liigse niiskuse voolu piirdesse; vältida kaldvihmaga seotud probleeme; parandada kuivamisvõimalusi; vältida materjalide lagunemist liigniiskuse mõjul; vältida mikroobilist kasvu (hallitus, bakterid) ning veeauru kondenseerumist hoone piiretes; parandada hoone niiskustingimusi. Õhk – vähendada hoonepiirete õhulekkeid; tagada hoone sisekliima kvaliteet. Heli, akustika – tagada hoonepiirete heliisolatsioon (õhu- ja löögimüra isolatsioon); parandada akustilist kvaliteeti. Valgus – tagada hoone siseruumide piisav valgustatus sh. piisav loomulik- ehk päevavalgus. 2. Ehitusfüüsikaga seotud ülesanded piirdetarindite projekteerimisel: Ülesan...
elektrivoolu saamisega, elektrivoolu toimel mittespontaansete reaktsioonide läbiviimisega ja kõige sellega seonduvaga. Elektrokeemilised meetodid võimaldavad elektriliste mõõtmiste põhjal jälgida keemilise reaktsiooni kulgu või ioonide kontsentratsioone lahustes (4. oengu slaidid). 49. Keemilised vooluallikad. Galvaanielement (patarei) - ühekordselt kasutatav Aku - korduvalt kasutatav kütuseelement - töötab seni, kuni reageerivaid aineid peale antakse Kõikide puhul elektrienergia saadakse keemilise reaktsiooni käigus (4. loengu slaidid). 50. Elektrolüüs (sulatatud soolades, soolade vesilahuste elektrolüüs) Redoksreaktsioon, mis toimub elektrolüüdi lahuses või sulas elektrolüüdis elektroodide pinnal elektrivoolu toimel (aine lagunemine elektrivoolu toimel). 51. Mis on elektrokeemiline rakk? Millest see koosneb?
lahusest välja temast pingereas tagapool oleva metalli. 96. Nernsti võrrand- Elektroodpotentsiaal näitab, mil määral elektrokeemilises ahelas eksisteerivad kontsentratsioonid erinevad nende tasakaalukontsentratsioonidest. 97. Keemilised vooluallikad: Patarei on elektrokeemiline element (sageli järjestikku ühendatud mitu), mida võib kasutada konstantse pingega alalisvoolu saamiseks. Akud korduvkasutusega alalisvooluallikad, reaktsioonid anoodil ja katoodil on pööratavad. Kütuseelement e. Vesinikhapnikelement: Elektrolüüdiks kuum KOH lahus, anoodiks ja katoodiks inertsed, poorsed süsinikelektroodid; Katalüsaatoriks anoodis Ni lisand (ka Pt, Ag, CoO), katoodis Ni ja NiO lisand (ka Pt, Pd). Anoodiruumi juhitakse pidevalt vesinikku, katoodiruumi hapnikku.; Summaarne reaktsioon oleks nagu vesiniku põlemine hapnikus, aga oksüdeerumine ja redutseerumine on teineteisest eraldatud. Element töötab pidevalt kuni gaase peale antakse, E = 1.23 V. 2H2 + O2 2H2O 98
elektrienergia saamiseks võimalik ainult ühekordne elektrokeemiliselt aktiivsete ainete kasutamine, sest nende ainete läbireageerimise järel muutub galvaanielement vooluallikana kasutamiskõlbmatuks. Galvaanielementide hulka kuuluvad näitkes Volta ja Leclanche'i element. Akud on seadised elektrienergia salvestamiseks. Ka neid on erinevat tüüpi: pliiakud, leelisakud, tsinkhõbeelemendid jne. Kütuseelement on erilist tüüpi galvaanielement, milles toimub kütuse aeglane oksüdatsioon (,,leegita põlemine") ja reaktsioonil vabaneva energia eraldumine elektrienergiana. Inimene kasutab keemilisi vooluallikaid igapäevaelus väga aktiivselt ja tõenäoliselt ei kujutaks me oma elu ilma nendeta ettegi keemilised vooluallikad on muutnud inimese eluviisi liikuvamaks, sest elektritehnika on muutunud tänu keemilistele vooluallikatele teisaldatavaks. 6. Mõõtmised alalisvooluahelas
saasteainete olemasolu veevärgis. 58. Keemilised vooluallikad. Keemilistes vooluallikates muudetakse keemilise reaktsiooni energia elektrienergiaks. Elektrivool tekib kui elektronid suunatult liiguvad, seega saab redoksreaktsioone panna käima nii, et selle tulemusena tekib elektrivool. Keemilisi vooluallikaid on kahte liiki: galvaanielement ja kütuseelement. Galvaanielement- lihtsaim on vask-tsink element. Vask elektrood on sukeldatud vasksulfaadi lahusesse ning tsink elektrood tsinksulfaadi lahusesse ning lahused on omavahel ühendatud oorse vaheseinaga, millest ioonid saavad läbi liikuda. Kuna tsink on aktiivsem metall, siis hakkab tema oksüdeeruma ning loovutab
Elektrokeemia on keemia haru, mis tegeleb spontaansete reaktsioonide arvel elektrivoolu saamisega, elektrivoolu toimel mittespontaansete reaktsioonide läbiviimisega ja kõige sellega seonduvaga. Elektrokeemilised meetodid võimaldavad elektriliste mõõtmiste põhjal jälgida keemilise reaktsiooni kulgu või ioonide kontsentratsioone lahustes (4. oengu slaidid). 58. Keemilised vooluallikad. ● Galvaanielement (patarei) - ühekordselt kasutatav ● Aku - korduvalt kasutatav ● kütuseelement - töötab seni, kuni reageerivaid aineid peale antakse Kõikide puhul elektrienergia saadakse keemilise reaktsiooni käigus (4. loengu slaidid). 59. Elektrolüüs. Redoksreaktsioon, mis toimub elektrolüüdi lahuses või sulas elektrolüüdis elektroodide pinnal elektrivoolu toimel (aine lagunemine elektrivoolu toimel). 60. Mis on elektrokeemiline rakk? Millest see koosneb?
Nullvoolupotentsiaal. Kui element töötab pöörduvalt (st tegelikult elektrivool välist ahelat ei läbi), siis võrdub elemeni potentsiaal selle nullvoolupotentsiaaliga. Standardne nullvoolupotentsiaal (E0): G0 = -nFE0 Primaarpatarei – galvaanielement, millesse lähteained on suletud tootmisel. Kasutatakse üks kord, mille lõppedes “saab otsa”: Sekundaarpatarei – ehk aku on galvaanielement, mida peab enne kasutamist laadima. Kütuseelement – primaarpatarei, millesse lähteaineid saab pidevalt lisada. Sageli kasutavad kütuseelemendid põlevkütuseid (vesinik, metanool, metaan jne) Standardpotentsiaal. Kui kõik osalevad ained on standardolekus, on tegemist elemendi standardpotentsiaaliga. Standarpotentsiaalide kokkuleppeline nullpunk on vesinikelektrood. Mida positiivsem on elektroodi potentsiaal, seda paremini tarbib poolreaktsioon elektrone ja seda tugevam oksüdeerija on redokspaar.
E=Eº-RT/nF·ln a(oks)a(H)/a(red) (CD/AB) Keemilised vooluallikad · Patarei elektrokeemiline element, mida võib kasutada konstantse pingega alalisvoolu saamiseks. Anoodiks tsinkpurk, katoodiks süsinikvarras, elektrolüüdiks NHCl, ZnCl, MnO segu. · Aku korduvkasutusega alalisvooluallikas, reaktsioonid anoodil ja katoodil on pööratavad. Anoodiks plii plaadid, katoodikd PbO, elektrolüüdiks HSO vesilahus (40%). · Kütuseelement anoodiks süsinikelektrood Ni lisandiga, katoodiks süsinikelektrood Ni ja NiO lisandiga, elektrolüüdiks kuum KOH lahus. Anoodiruumi juhitakse vesinikku, katoodiruumi hapnikku. Elektrokeemilised ahelad: · Galvaanilised reaktsioon kulgeb iseenesest, elektronid anoodilt katoodile, · Elektrolüütilised vajab reaktsiooni toimumiseks välist pingeallikat. Elektrolüüs protsess, kus mittespontaanse keemilise muutuse esilekutsumiseks kasutatakse elektrienergiat.
Viimastel aastatel on aga akude erimahtuvused üha kasvanud ja sageli ületavad sama suurusega akude mahtuvused tavaliste ,,patareide" oma. Keemilised vooluallikad on patareid, akud ja kütuseelemendid Kõikide puhul elektrienergia saadakse keemilise reaktsiooni käigus Galvaanielement ühekordselt kasutatav (töötab seni, kui on veel elektrokeemiliselt aktiivseid aineid) Akud korduvalt kasutatavad. Kütuseelement töötab seni, kuni reageerivaid aineid peale antakse. 58. Elektrolüüs. Redoksreaktsioonid, millele vastab positiivne vabaenergiamuut, ei kulge spontaanselt, küll aga saab neid esile kutsuda elektrivoolu toimel. Elektrolüüs ongi redoksreaktsiooni läbiviimine elektrivoolu toimel spontaanselt vastassuunas. Elektrolüüsi võib läbi viia ka sulas soolas. See võimaldab vältida vee elektrolüütilist lagunemist, mis algab 1,7 ..
elektrolüüdiks NH4Cl, ZnCl2 ja MnO2 segutärklisekliistris Hg patarei: kasutatakse kellades, kalkulaatorites jm Pb aku: anoodiks Pb plaadid, katoodiks PbO2, pakitud metallplaadi sisse, elektrolüüdiks H2SO4 vesilahus (~40%). Laadimisvoolu toimel kulgevad mõlemad reaktsioonid vastassuunas. Järjestikku on tavaliselt ühendatud 6 elementi, iga elemendi emj E = 2V, kokku 12V. Kütuseelement(vesinik-hapnik): Elektrolüüdiks kuum KOH lahus, anoodiks ja katoodiks inertsed, poorsed süsinikelektroodid. Katalüsaatoriks anoodis Ni lisand (ka Pt, Ag, CoO), katoodis Ni ja NiO lisand (ka Pt, Pd). Anoodiruumi juhitakse pidevalt vesinikku, katoodiruumi hapnikku. 24 Summaarne reaktsioon oleks nagu vesiniku põlemine hapnikus, aga oksüdeerumine ja redutseerumine
hapnik) Tavaline kuivelement: E = 1,5 V , anoodiks tsinkpurk, katoodiks süsinikvarras. elektrolüüdiks NH4Cl, ZnCl2 ja MnO2 segutärklisekliistris Hg patarei: kasutatakse kellades, kalkulaatorites jm Pb aku: anoodiks Pb plaadid, katoodiks PbO2, pakitud metallplaadi sisse, elektrolüüdiks H2SO4 vesilahus (~40%). Laadimisvoolu toimel kulgevad mõlemad reaktsioonid vastassuunas. Järjestikku on tavaliselt ühendatud 6 elementi, iga elemendi emj E = 2 V, kokku 12V. Kütuseelement(vesinik-hapnik): Elektrolüüdiks kuum KOH lahus, anoodiks ja katoodiks inertsed, poorsed süsinikelektroodid. Katalüsaatoriks anoodis Ni lisand (ka Pt, Ag, CoO), katoodis Ni ja NiO lisand (ka Pt, Pd). Anoodiruumi juhitakse pidevalt vesinikku, katoodiruumi hapnikku. Summaarne reaktsioon oleks nagu vesiniku põlemine hapnikus, aga oksüdeerumine ja redutseerumine on teineteisest eraldatud. Element töötab pidevalt kuni gaase peale antakse, E = 1,23 V 109
1798, Itaalia). 265 Galvaani element 266 Reaktsiooni vabaenergia muutumine elektrienegiaks. · EK elemendis toimub redoksreaktsioon, kuid red. ja oks. protsessid on ruumiliselt eraldatud · Danielli element Cu katood Zn -anood 267 268 Tahke elektrolüüdiga kütuseelement 269 Meeldejätmiseks · Elektronid liiguvad ära katoodilt cata (kr. keelest) tähendab ära samast sõnatüvest on pärit katapult eesti keeles aitab meeles pidada - katood kiirgab elektrone mõlemad sõnad algavad k. · Ana anood - kr. keelest tähendab tagasi elektron antakse tagasi . · Oksüdeerumine toimub anoodil mõlemad sõnad algavad täishäälikuga
elektrolüüdiks NH4Cl, ZnCl2 ja MnO2 segutärklisekliistris Hg patarei: kasutatakse kellades, kalkulaatorites jm Pb aku: anoodiks Pb plaadid, katoodiks PbO2, pakitud metallplaadi sisse, elektrolüüdiks H2SO4 vesilahus (~40%). Laadimisvoolu toimel kulgevad mõlemad reaktsioonid vastassuunas. Järjestikku on tavaliselt ühendatud 6 elementi, iga elemendi emj E = 2 V, kokku 12V. Kütuseelement(vesinik-hapnik): Elektrolüüdiks kuum KOH lahus, anoodiks ja katoodiks inertsed, poorsed süsinikelektroodid. Katalüsaatoriks anoodis Ni lisand (ka Pt, Ag, CoO), katoodis Ni ja NiO lisand (ka Pt, Pd). Anoodiruumi juhitakse pidevalt vesinikku, katoodiruumi hapnikku. Summaarne reaktsioon oleks nagu vesiniku põlemine hapnikus, aga oksüdeerumine ja redutseerumine on teineteisest eraldatud. Element töötab
1.2. Alalis/vahelduvvoolumuundurid vaheldid Vaheldamine. Alalis/vahelduvvoolumuundureid ehk vaheldid on mõeldud alalis- toitepinge muundamiseks ettenähtud suuruse ja sagedusega vahelduvpingeks. Vaheldites kasutatakse juhitavaid pooljuhtseadiseid nt lihttüristore, GTO-türistore ja transistore. Alalis- sisendpingeks võib olla näiteks alaldatud võrgupinge. Samuti võib alalispinget anda sõltumatu pingeallikas nagu kütuseelement või galvaanielement. Antud süsteemis toidetakse vaheldit vahetult võrgupingega Ud. Tüüpilised võrgupinged elektriveokites on 12, 24, 48, või 80 V, mis võimaldavad vaheldites lülititena eelistatult kasutada MOSFET-ja IGBT-transistore. Alalispinge toiteallikas on võimeline varustama elektrienergiaga ajami mootorit ning tagastama seda võrku pidurdustalitluse (generaatoritalitluse) puhul. Vaheldeid toodetakse nii ühe-kui kolmefaasilise väljundiga, kuid enamikes tööstuslikes
Biogaaside põletamisel väheneb 95% vähem süsihappegaasi ja 80% vähem lämmastikoksiide kui fossiilsete kütuste tarbimisel. Mis puudutab tahkete osiste suhtelist määra biogaasi heitmetes, siis nende tase on 0%. Innovatiivne alternatiiv on vesiniku kütuseelementide kasutamine. Kütuseelement muun- dab vesiniku ja hapniku elektrivooluks. Kütuseelementi võib võrrelda akumulaatoriga, mis töötab seni, kuni selles kütust jätkub. Maanteetranspordivahendite kütusetarbimise vähendamine on võimalik nii veoki kui ka haagiste aerodünaamika parandamisega
annaabi.ee 
