温差发电在玻璃上的应用
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温差发电在玻璃上的应用 发布于:2021/10/31
    当今世界能源消耗极快,地球资源越来越紧张,人类不断地开发新能源,比如利用物体内、外的温度差来驱动热力发电机发电,就是一个不错的方法与途径。于是我们开始思索:哪些物体有温差?哪些温差持续时间长?
  夏日的一天,我们乘坐长途汽车时,不经意间发现车窗玻璃外有水在直线下流,我们开始还以为是雨水,但窗外并没有下雨。这是怎么回事?司机笑着说:“汽车内开了冷空调,车内外温差较大,窗外热空气中的水分凝聚在玻璃上,水分一多就流下来了。”我们略有所思:汽车的玻璃会出现这种情况,那其他玻璃是不是也一样呢?
  回到学校后我们向老师请教,老师笑着对我们说:你们喜欢科技活动,可以研究玻璃的温差有什么用途。于是我们决定研究温差发电在玻璃上的应用。
  一、研究意义
  针对房屋窗户、车辆窗户等的玻璃,由于冬、夏两季的内外温差较大,冬、夏季又是电力资源特别紧张之时,玻璃上的温差发电有助于缓解电力供应不足,可减少开支,降低能耗成本。
  对温差发电在玻璃上应用的研究以及实验设计,能提高我们的科学素养。温差发电和玻璃的创新结合也能帮助提高同龄人和其他公民的节能、环保、绿色生活的意识。
  二、提出初步构想
  1.将温差发电片放置在玻璃内、外边沿。
  2.将温差电荷传输感应线布置在平板玻璃上。
  3.将电能用蓄电池储存起来,也可以直供于用电器。
  4.假设冬、夏季的温差发电片应该放在不同的位置。
  三、器材准备
  平板玻璃、电烙铁、万用表、电工工具箱、温差发电片、蓄电池、电阻、用电器、开关导线等。
  四、实验设计
  (一)提出实验方案
  1.本项目的实验要求
  (1)实验安全性能有确切保证,尤其要注意用电安全。
  (2)实验装置设计要简便,充分利用简便材料和可靠资源。
  2.实验设计
  (1)模拟夏季,进行玻璃窗温差发电片测试实验。
  (2)模拟冬季,进行玻璃窗温差发电片测试实验。
  (二)实验探究
  实验装置设计如图1。我们选择教室的玻璃进行实验。在实验一中,用吹风机的热风对着玻璃一侧吹,模拟夏季;在实验二中,用空调的冷风对着玻璃的一侧吹,模拟冬季。


  1.模拟夏季,玻璃窗内冷外热,如何摆放温差发电片使发电效率最大化?
  2.模拟冬季,玻璃窗内热外冷,如何摆放温差发电片使发电效率最大化?
  五、实验过程和结果
  我们从认识发电片开始,检测不同的温差能否使发电片发电。初步发现温差越大,发电量越大。我们在玻璃上进行了多次实验,逐渐符合预先设计猜想,只要玻璃窗内、外有了足够的温差,完全能将温差能转化成电能。
  (一)模拟夏季进行玻璃窗温差发电测试
  将吹风机的热风朝着窗户的外侧吹,使窗户外侧处于高温环境,将温差发电片置于窗户内侧不同高度处,分别测量窗户不同高度处的温度和室温,记录并计算温差,测量和记录相应的电压和电流,实验数据记录见表1。实验结果表明,在夏季,把温差發电片放在越高的位置,电流、电压就越大。


  (二)模拟冬季进行玻璃窗温差发电测试
  开启空调冷风,使窗户内侧处于低温环境,将温差发电片置于窗户外侧不同高度处,分别测量窗户不同高度处的温度和室温,记录并计算温差,测量和记录相应的电压和电流,实验数据记录见表2。实验结果表明,在冬季,把温差发电片放在越低的位置,电流、电压就越大。

  六、实验结论
  玻璃窗内、外的温差可以转化为电能,即房屋玻璃窗、车辆玻璃窗、玻璃房等一切内、外存在温差的玻璃都可以利用温差发电,温差高低与发电效果成正比。想要达到更高的发电效率,夏季应将温差发电片布置在玻璃的上沿,冬季则应布置在下沿。接下来,我们还计划将该研究延伸到大棚玻璃房的新领域。(指导老师:吕心一  陈文浩)
  作者心声
  通过这次实践活动,我们深深体会到了从事科学研究的艰辛,也收获了成功的喜悦。我们也明白了,平时多观察、勤思考,不怕吃苦和失败,我们初中生同样可以研究和发明一些能解决问题的装置。另外,我们还学到了很多书本上无法学到的知识和科学研究的方法,增强了动手能力和观察能力,提高了科学素养。
  我们将再接再厉,认真学好科学文化知识,积极参加各项科学活动,不断提升自己的综合能力,立志做明天小小科学家,成为祖国科技创新的后备人才。
  专家点评
  小作者们通过日常观察,在老师的指导下利用温差效应实现了玻璃上的温差发电。将温差发电片放置在玻璃的不同位置上进行了大量的对比实验,利用吹风机与空调模拟了夏季与冬季的环境,得到了存在温差的玻璃上都可以利用温差发电,温差高低与发电效果成正比的结论。同时也验证了夏季应该将发电片布置在玻璃的上沿、冬季则应将其布置在下沿发电效率最高的结论。
  建议在模拟冬季和夏季的实验中,能考虑到当前温度是否对发电量产生影响,同时考虑到玻璃的种类,例如不同的玻璃材质、不同的玻璃表面是否也会影响温差发电的效果。作者:黄鸿 刘宇轩 来源:发明与创新·中学生

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