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thermionischer Generator

Energietechnik, regenerierbare Energiequellen, auf dem Prinzip der Glühemission beruhende Wärmekraftmaschine (mit thermodynamisch begrenztem Wirkungsgrad). Ein thermionischer Generator besteht aus einem Emitter, d.h. einer Elektrode mit hoher Austrittsarbeit thermionischer Generator, die auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird, und einer Kollektorelektrode mit niedriger Austrittsarbeit (thermionischer Generator), die sich auf niedrigerer Temperatur befindet. Der Emitter fungiert mithin als Wärmequelle, während der Kollektor eine Wärmesenke darstellt. Emitter und Kollektor werden zu einer Diode zusammengefügt, die es den bei hoher Temperatur vom Emitter abgedampften Elektronen erlaubt, in die Kollektorelektrode überzutreten. Vor dem Verbinden von Emitter und Kollektor befinden sich die Fermi-Niveaus (Fermi-Energie) der beiden Elektroden wegen der verschiedenen Austrittsarbeiten auf verschiedener Höhe. Im Kurzschlussfall gleichen sich die Fermi-Niveaus aus, so dass eine Kontaktspannung thermionischer Generator zustandekommt. Fliesst über den Kontakt nun ein Strom j, so steht eine elektrische Leistung von thermionischer Generator zur Verfügung. Die zum Abdampfen der Elektronen vom Emitter benötigte Heizleistung ist offenbar thermionischer Generator, so dass sich der ideale Wirkungsgrad des Generators zu thermionischer Generator ergibt. Der maximale Strom (Sättigungsstrom) des thermionischen Generators wird bei Vernachlässigung der Glühemission aus der Kollektorelektrode gemäss der Richardson-Gleichung durch thermionischer Generator beschrieben, wobei TE die Temperatur des Emitters und kB die Boltzmann-Konstante darstellt. Im allgemeinen ist der Ladungstransport über den Vakuumspalt jedoch raumladungsbegrenzt (Raumladung), d.h. die bereits im Spalt befindlichen Elektronen behindern den Transport der nachfolgenden Elektronen. Die Strom-Spannungs-Kennlinie wird in diesem Falle durch das Child-Langmuir-Gesetz beschrieben. Bei technisch realisierbaren Elektrodenabständen ist der maximale Strom gemäss Child-Langmuir-Gesetz also deutlich geringer als der Sättigungsstrom nach der Richardson-Gleichung, was eine Raumladungskompensation notwendig macht.

 

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