O l e T r i n h a m m e r - Fysik

More documents

Recommendations

Info

20 Maksimal effekt Den elektriske effekt man får ud af cellen afhæn ger af hvordan man belaster den. Nu mel der spørgsmålet sig om, hvor cellen giver størst effekt. Man kan måske gætte, at det må være et eller andet sted, hvor hverken spændingen eller strømstyrken er for lille. For der er ingen effekt i at levere en spænding uden strømstyrke og heller ikke nogen effekt i at trække en strømstyrke uden spændingsforskel. Effekten P, som måles i watt, er spændingsforskellen U, som måles i volt, gange strømstyrken I, som måles i ampere. Så effekten må være størst, når dette produkt er størst. Ved at gange polspændingen U i (9) med strømstyrken IfindervieffektenP 2 P = U ⋅ I = U ⋅ I − R ⋅ I 0 i Effekten afhænger af strømstyrken, som vist på kurvenfigur20.Kurvenkaldesenpa ra bel. Kurven er symmetrisk mellem sine to nul punkter, og topper i I top = ½ I max , hvor spæn din gen er U top = ½ U 0 . Medtallenefralinienifigur19afårvi I top = ½ ·3,2 A = 1,6 A og U top = ½ ·0,83 V = 0,415 V , som giver den maksimale effekt P = 0,415 V ·1,6 A = 0,66 W. Toppunktet for effekten ligger altså lidt længere tilhøjreifigur19a.Bemærkogsåkurvenforη , fx betyder η = 0,5 at virkningsgraden er 50 %. U 0 U top = ½ U 0 U p I top = ½ I max I max (10) P P max I Figur 20 Effektivitet og effekt. Effektiviteten af brændsels cellen falder ligesom polspændingen med voksende belastning (strømstyrke), se også figur 19a. Effekten vokser til en mak simal værdi og aftager igen (rød kurve). Kompromis mellem effekt og virk ningsgrad Det viser sig, at virkningsgraden er større, jo størrepolspændingcellenhar,sefigur19a.Vedmaksimal effekt så vi, at polspændingen kun var det halve af hvile spæn dingen. Det betyder desværre, at virk ningsgraden ved maksimal effekt højst kan blive halvt så stor som det teoretiske maksimum på 83%, altså cirka 41,5%. Dvs. at 41,5% af brændværdien kan leveres som elektricitet ved maksimal effekt mens resten, 58,5% leveres som varme. Der står cirka, fordi den lineære sammenhæng (9) er en tilnærmet model. Man kan køre med en større virkningsgrad, hvis man belaster cellen mindre, dvs. trækker en mindre strømstyrke og dermed opretholder en større polspænding. Taler vi om elværker vil man også ønske overkapacitet for at have større forsynings sikkerhed. Nogle gange er varmebehovet dog stort, og man er så glad for “spild”varmen og er måske ikke så interesseret i høj virkningsgrad for elektricitet. Fx i husstandsanlæg der kan erstatte olie- eller gasfyr. Ved anvendelse i biler vil plads- og vægthensyn gøre, at man under kraftig acceleration må regne med at skulle operere i nærheden af maksimal effekt. Her vil der så være en del spildvarme.
Elektrolyse I elektrolysecellen spaltes vand, og der dannes brint under forbrug af elektricitet ifølge den omvendte reaktion af (4) H 2 H O + elektricitet → 2 H + O 2 2 2 For elektrolysecellen er der tale om produktion af brint og forbrug af elektrisk energi, så vi definererelektrolysecellens totale virkningsgrad η som 2 energiindhold i produceret brint η = = elektrisk energi forbrugt Læg mærke til, at det blot er det omvendte forhold af virkningsgraden (8) for en brændselscelle. I elektrolysecellen omsættes jo elektrisk energi til brændselsenergi, omvendt af brændselscellen. - - - + H H + + - - H ⋅V V U ⋅ I ⋅ t O 2 H O 2 (11) (12) H 2 O H 2 O H 2 H 2 Figur 21a Elektrolysecelle af PEMtype. Den omvendte proces af figur 14. En elektrisk spænding på et par volt lægges over elek troderne, og vandet spal tes i brint og ilt. Elektrolysen hjælpes ved at platinkornene på elek trodernes kultæppe virker som katalysatorer for processen. H + ioner leder strømmen i elektrolytten. Figur 22 Eksperimentel påvisning af Faradays love: Den udviklede brintmængde er proportional med tid (øverst) og strømstyrke (nederst). Ved elek trolyse af godt 2 liter vand fås brint med en brændselsenergi som 1 liter benzin. e - O 2 Katode Anode OH - − − 4H O + 4e → 4OH + 2H 2 2 OH - OH - O 2 H 2 O e - Figur 21b Klassisk elektrolyseapparat. Her hjælpes pro cessen ved tilføjelse af ioner til vandet, fx en opløsning af NaOH, hvor OH ioner leder strøm men i vandet. Gasserne opsamles i reagensglas. Blandingen er eksplosionsfarlig (knaldgas). Pas på ikke at bytte om på ledningerne, mens der produceres gas. Princippet i en brændselscelle blev opdaget efter elek trolyse og forklaret af William Grove allerede i 1839. Volumen [ mL ] Volumen [ mL ] e - − − 4OH → 2H O + O + 4e 2 2 Brint ved elektrolyse, I = 300 mA Tid [ s ] Brint ved elektrolyse, t = 120 s Strømstyrke [ mA ] + - e - 21
Page 1: O l e T r i n h a m m e r E v i g E
Page 4 and 5: 2 EVIG ENERGI? - brændselsceller o
Page 6 and 7: 4 Forord Denne bog er skrevet til F
Page 8 and 9: 6 Solens energi opsamles på store
Page 10 and 11: 8 Antal år, hvor energireserven ka
Page 12 and 13: 10 BOREPLATFORM Drivhuseffekt Drivh
Page 14 and 15: Opgaver ET EVIGT KREDSLØB AF ENERG
Page 16 and 17: 14 citet, når den tilføres stoffe
Page 18 and 19: 16 ville få ud, hvis brinten blot
Page 20 and 21: 18 Virkningsgrad [ % ] Det har fx v
Page 24 and 25: 22 Lidt historie Selve ideen i bræ
Page 26 and 27: 24 brændsels celle type, der på d
Page 28 and 29: 26 Opgaver 201 En brændselscelle k
Page 30 and 31: 28 Kapitel 3 Samfundsudvikling i pe
Page 32 and 33: 30 BOREPLATFORM Reserver eller resu
Page 34 and 35: 32 Texas olie, millioner tønder/å
Page 36 and 37: 34 Energi, klima, penge og politik
Page 38 and 39: 36 Universelt forbindelsesled. Forb
Page 40 and 41: 38 BOREPLATFORM Geologisk tidsskala
Page 42 and 43: 40 Opgaver PÅ VEJ MOD BRINTSAMFUND
Page 44 and 45: 42 Efter denne øvelse vil I kunne
Page 46 and 47: 44 2. Brændselscellens belastnings
Page 48 and 49: 46 Supplerende litteratur Nye energ
Page 50: 48 JJordens varmebalance , 9, 10, 4

O l e T r i n h a m m e r - Fysik

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?