Helion

Szczegóły ebooka

Termodynamika odnawialnych źródeł energii

Termodynamika odnawialnych źródeł energii


W opracowaniu przedstawiono teorie niezbędne do zrozumienia procesów termodynamicznych, leżące u podstaw wybranych technologii Odnawialnych Źródeł Energii. Omówione teorie dotyczą m.in.: rozkładów statystycznych, termodynamiki gazów kwantowych, struktury pasmowej ciała stałego, termodynamiki zjawisk kontaktowych, idei technologii bezemisyjnej synergii węglowo-jądrowej (BSWJ) oraz termodynamiki jednorodnego wysokotemperaturowego reaktora jądrowego IV generacji chłodzonego helem.

Przedmowa 7

Wykaz ważniejszych oznaczeń 8

1. Rozkłady statystyczne 11

1.1. Przestrzeń fazowa 11

1.2. Zespół statystyczny 12

1.3. Rozkład mikrokanoniczny 14

1.4. Rozkład kanoniczny 16

1.5. Funkcje termodynamiczne w rozkładzie kanonicznym 21

1.6. Wielki rozkład kanoniczny 24

1.7. Hipoteza ergodyczna Boltzmanna 28

1.8. Funkcje termodynamiczne w wielkim rozkładzie kanonicznym 30

2. Termodynamika gazów kwantowych 32

2.1. Statystyki kwantowe Fermiego–Diraca oraz Bosego–Einsteina 32

2.2. Warunki Borna–Karmana 38

2.3. Funkcja gęstości stanów 39

2.4. Termodynamika fermionów – gaz elektronowy  w temperaturze zera bezwzględnego 41

2.5. Termodynamika fermionów – gaz elektronowy w temperaturach wyższych od zera bezwzględnego 44

2.6. Potencjał chemiczny gazu elektronowego 53

2.7. Zasób energii wewnętrznej gazu elektronowego 54

2.8. Pojemność cieplna gazu elektronowego 56

2.9. Równanie stanu gazu elektronowego 57

2.10. Termodynamika gazu bozonowego 60

2.11. Temperatura degeneracji gazu bozonowego 61

2.12. Kondensacja Bosego–Einsteina 64

2.13. Zasób energii wewnętrznej i pojemność cieplna gazu bozonowego w obszarze silnej degeneracji 65

2.14. Zasób energii wewnętrznej, potencjał chemiczny i pojemność cieplna gazu bozonowe­go w obszarze słabej degeneracji 66

2.15. Równanie stanu gazu bozonowego 72

2.16. Termodynamika gazu fotonowego 74

2.17. Funkcja gęstości stanów gazu fotonowego 75

2.18. Zasób energii wewnętrznej gazu fotonowego 76

2.19. Średnia wartość zasobu ilości fotonów 77

2.20. Równanie stanu gazu fotonowego 78

2.21. Uwaga dotycząca innych bozonów o charakterze falowym 80

3. Struktura pasmowa ciała stałego 81

3.1. Model elektronów swobodnych 81

3.2. Model Kroniga-Penneya elektronów w jednowymiarowej sieci kryształu doskonałego 85

3.3. Wyznaczenie funkcji własnej xw przedziale -£ £ dla wartości parame­trów ()bx0 trów EV0 i n=0 87

3.4. Wyznaczenie funkcji własnej x ££ () w przedziale 0 xL dla wartości parametrów Vx()=0 i n=0 88

3.5. Wyznaczenie funkcji własnej x ££ dla wartości parametrów EV0n=-1 89

3.6. Wyznaczenie funkcji własnej x w przedziale a££a+Ldla wartości parametrów­

()x trów Vx() =0 i n=-1 89

3.7. Wyznaczenie przy wykorzystaniu funkcji własnych związków wiążących stałe całko­wania 90

3.8. Wyznaczenie przy wykorzystaniu pochodnych funkcji własnych związków wiążących stałe całkowania 91

3.9. Wyznaczenie funkcji energii ograniczonej warunkiem dozwolonych i wzbronionych pasm energii 93

3.10. Analiza funkcji energii dla energii elektronu większej od energii bariery potencjału 94

3.11. Określenie granic pasma wzbronionego dla n=0 96

3.12. Określenie granic pasma wzbronionego dla n¹0 97

3.13. Określenie pasma wzbronionego dla nieparzystych wartości argumentu 98

3.14. Określenie pasm wzbronionych i dozwolonych dla przypadku równości grubości ba­riery potencjału i szerokości studni potencjału 99

3.15. Strefy Brillouina 104

3.16. Masa efektywna elektronu 107

4. Termodynamika zjawisk kontaktowych 110

4.1. Wydajność kwantowa fotoemitera 110

4.2. Równowaga fazowa 112

4.3. Napięcie kontaktowe między metalami 113

4.4. Napięcie kontaktowe między metalem a półprzewodnikiem 115

4.5. Prądy w spolaryzowanym złączu metal – półprzewodnik 119

4.6. Złącza półprzewodnikowe w równowadze termodynamicznej 123

4.7. Rozkład potencjału w spolaryzowanym złączu p-n 129

4.8. Określenie zmiany szerokości warstwy zaporowej 132

4.9. Termodynamika przepływu prądu przez złącze p-n w warunkach równowagi 133

4.10. Przepływ prądu przez spolaryzowane złącze p-n 134

4.11. Prąd całkowity 135

4.12. Termodynamika ogniwa fotowoltaicznego 136

5. Idea technologii bez emisyjnej synergii węglowo-jądrowa (BSWJ) 145

6. Termodynamika jednorodnego wysokotemperaturowego reaktora jądrowego IV generacji chłodzonego helem 149

6.1. Założenia modelu energetycznego neutronów w układzie termodynamicznym 149

6.2. Elementy teorii bilansów skalarnej wielkości ekstensywnej (WE) 150

6.3. Lokalny bilans objętościowej gęstości zasobu ilości neutronów monoenergetycznych 151

6.4. Izotropowe źródło płaskie w ośrodku nieskończonym 156

6.5. Izotropowe źródło punktowe w ośrodku nieskończonym 158

6.6. Izotropowe źródło punktowe w środku kuli 163

6.7. Interpretacja fizyczna długości dyfuzji neutronów monoenergetycznych 166

6.8. Termodynamika monoenergetycznego gazu neutronowego w układzie rdzenia jedno­rodnego reaktora jądrowego wysokotemperaturowego IV generacji 168

6.9. Jednorodny reaktor kulisty 169

6.10. Jednorodny reaktor walcowy 177

6.11. Efektywny współczynnik mnożenia neutronów 186

6.12. Wyznaczanie wymiarów krytycznych reaktora 189

6.13. Wyznaczenie wymiarów krytycznych  reaktora walcowego 189

Wybrane stałe fizyczne 192

Alfabet grecki 193

Wielokrotności i podwielikrotności jednostek miar 193

Bibliografia 194