溫差發(fā)電在玻璃上的應(yīng)用

◆廣東省深圳市龍華區(qū)第三實驗學(xué)校 黃 鴻 劉宇軒

當今世界能源消耗極快，地球資源越來越緊張，人類不斷地開發(fā)新能源，比如利用物體內(nèi)、外的溫度差來驅(qū)動熱力發(fā)電機發(fā)電，就是一個不錯的方法與途徑。于是我們開始思索：哪些物體有溫差？哪些溫差持續(xù)時間長？

夏日的一天，我們乘坐長途汽車時，不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)車窗玻璃外有水在直線下流，我們開始還以為是雨水，但窗外并沒有下雨。這是怎么回事？司機笑著說：“汽車內(nèi)開了冷空調(diào)，車內(nèi)外溫差較大，窗外熱空氣中的水分凝聚在玻璃上，水分一多就流下來了?！蔽覀兟杂兴迹浩嚨牟Ａ霈F(xiàn)這種情況，那其他玻璃是不是也一樣呢？

回到學(xué)校后我們向老師請教，老師笑著對我們說：你們喜歡科技活動，可以研究玻璃的溫差有什么用途。于是我們決定研究溫差發(fā)電在玻璃上的應(yīng)用。

一、研究意義

針對房屋窗戶、車輛窗戶等的玻璃，由于冬、夏兩季的內(nèi)外溫差較大，冬、夏季又是電力資源特別緊張之時，玻璃上的溫差發(fā)電有助于緩解電力供應(yīng)不足，可減少開支，降低能耗成本。

對溫差發(fā)電在玻璃上應(yīng)用的研究以及實驗設(shè)計，能提高我們的科學(xué)素養(yǎng)。溫差發(fā)電和玻璃的創(chuàng)新結(jié)合也能幫助提高同齡人和其他公民的節(jié)能、環(huán)保、綠色生活的意識。

二、提出初步構(gòu)想

1.將溫差發(fā)電片放置在玻璃內(nèi)、外邊沿。

2.將溫差電荷傳輸感應(yīng)線布置在平板玻璃上。

3.將電能用蓄電池儲存起來，也可以直供于用電器。

4.假設(shè)冬、夏季的溫差發(fā)電片應(yīng)該放在不同的位置。

三、器材準備

平板玻璃、電烙鐵、萬用表、電工工具箱、溫差發(fā)電片、蓄電池、電阻、用電器、開關(guān)導(dǎo)線等。

四、實驗設(shè)計

（一）提出實驗方案

1.本項目的實驗要求

（1）實驗安全性能有確切保證，尤其要注意用電安全。

（2）實驗裝置設(shè)計要簡便，充分利用簡便材料和可靠資源。

2.實驗設(shè)計

（1）模擬夏季，進行玻璃窗溫差發(fā)電片測試實驗。

（2）模擬冬季，進行玻璃窗溫差發(fā)電片測試實驗。

（二）實驗探究

實驗裝置設(shè)計如圖1。我們選擇教室的玻璃進行實驗。在實驗一中，用吹風(fēng)機的熱風(fēng)對著玻璃一側(cè)吹，模擬夏季；在實驗二中，用空調(diào)的冷風(fēng)對著玻璃的一側(cè)吹，模擬冬季。

圖1 玻璃的溫差產(chǎn)生原理與溫差發(fā)電實驗設(shè)計圖

1.模擬夏季，玻璃窗內(nèi)冷外熱，如何擺放溫差發(fā)電片使發(fā)電效率最大化？

2.模擬冬季，玻璃窗內(nèi)熱外冷，如何擺放溫差發(fā)電片使發(fā)電效率最大化？

五、實驗過程和結(jié)果

我們從認識發(fā)電片開始，檢測不同的溫差能否使發(fā)電片發(fā)電。初步發(fā)現(xiàn)溫差越大，發(fā)電量越大。我們在玻璃上進行了多次實驗，逐漸符合預(yù)先設(shè)計猜想，只要玻璃窗內(nèi)、外有了足夠的溫差，完全能將溫差能轉(zhuǎn)化成電能。

圖2 學(xué)習(xí)使用實驗裝置，討論實驗內(nèi)容

圖3 測試溫差發(fā)電片

（一）模擬夏季進行玻璃窗溫差發(fā)電測試

將吹風(fēng)機的熱風(fēng)朝著窗戶的外側(cè)吹，使窗戶外側(cè)處于高溫環(huán)境，將溫差發(fā)電片置于窗戶內(nèi)側(cè)不同高度處，分別測量窗戶不同高度處的溫度和室溫，記錄并計算溫差，測量和記錄相應(yīng)的電壓和電流，實驗數(shù)據(jù)記錄見表1。實驗結(jié)果表明，在夏季，把溫差發(fā)電片放在越高的位置，電流、電壓就越大。

表1 模擬夏季實驗數(shù)據(jù)

（二）模擬冬季進行玻璃窗溫差發(fā)電測試

開啟空調(diào)冷風(fēng)，使窗戶內(nèi)側(cè)處于低溫環(huán)境，將溫差發(fā)電片置于窗戶外側(cè)不同高度處，分別測量窗戶不同高度處的溫度和室溫，記錄并計算溫差，測量和記錄相應(yīng)的電壓和電流，實驗數(shù)據(jù)記錄見表2。實驗結(jié)果表明，在冬季，把溫差發(fā)電片放在越低的位置，電流、電壓就越大。

表2 模擬冬季實驗數(shù)據(jù)

六、實驗結(jié)論

玻璃窗內(nèi)、外的溫差可以轉(zhuǎn)化為電能，即房屋玻璃窗、車輛玻璃窗、玻璃房等一切內(nèi)、外存在溫差的玻璃都可以利用溫差發(fā)電，溫差高低與發(fā)電效果成正比。想要達到更高的發(fā)電效率，夏季應(yīng)將溫差發(fā)電片布置在玻璃的上沿，冬季則應(yīng)布置在下沿。接下來，我們還計劃將該研究延伸到大棚玻璃房的新領(lǐng)域。