时间温差发电站

摘要：目前利用温差来提供能量的机器举不胜举。但它们绝大多数都是利用空间温差来做功的。例如最常见的内燃机就是利用气缸内（空间一）与气缸外（空间二）产生温差来推动活塞运动的。但大家是否想到宇宙中除了有空间外还有时间。而且人们都知道只要有相对能量差就有能量释放出来的趋势。那么时间温差是否也可以利用出来为人类做功呢？

关键词：时间温差电容器可变介电常数

引言：据有关资料显示在地球上的某些地方昼夜温差大得出奇。在这里不举特例，就拿沙漠来说，它的夜间温度仅为10℃左右。而中午的温度却高达60℃左右。相对温差有30℃-50℃。在如此辽阔的沙漠上一定蕴藏着巨大的能量。然而这些能量却一直没有人去开发，原因很简单-----它不易开发。如果先把时间温差转换成空间温差再用来发电那需要消耗巨大的经费。那有没有办法直接利用时间温差来产生电能以减少成本的装备呢？在这里笔者讲述一种方法。因本人不才，可能会产生不少错误敬请广大读者谅解并予以纠正。本人在此先表谢意。

正文部分

1.介绍各个构件

A是由负温度系数的热敏电阻材料制成的薄片与绝缘性能极好的材料制成的薄片交替叠加而成的一种电介质。它所具有的特 殊性能是当该结构所受的温度升高时热敏电阻材料的电阻值下降。相当于减少了电容器C1两个极板间的距离，导致C1的电容量增大。

B与A的结构上的不同点是将具有负温度系数的热敏电阻材料换成了具有正温度系数的材料。

把A,B制成热敏材料与绝缘材料交替叠加的结构是为了避免当C1，C2的电容量改变时由于静电屏蔽现象会导致A,B内部有电流经过产生发热现象造成了电能的浪费。它的机理类似于采用将变压器的磁芯用绝缘漆隔开的硅钢板叠加而成的方法。

C玻璃球的内部是由两个类似于验电器的结构制成的。与验电器不同的是m上左边的金属箔与n上右边的金属箔竖直固定不动。随带电量张开的是其余两片薄金属箔。当m,n两端有电压时会因它们中两片会张开的金属箔片带电量不同而张开的角度不同。只要电压足够大则张开角度大的一片金属箔片会与另一活动金属箔片接触造成m,n两端形成通路，于是有电流从它们之间经过。当m,n两端无电压即等电势时会因m,n上两片活动金属箔片彼此的排斥力相同而保持断开状态。

变压器L的作用是将其左边的不规则电能耦合到右边的回路中来以通过负载向外输出电能。

电子智能开关S每一个工作循环中只允许电流通过的时间为t1，然后段开的时间为t2紧接着又会闭合形成通路。它的作用是让C球避开因b导线的电感作用而引起的振荡电流。

2.工作过程（假设电子智能开关S保持闭合始终形成通路且不考虑电感作用）

先将S1，S2闭合则电源会给C1，C2充电。然后将它们断开。当环境温度升高时，暴露在环境中的A,B内的热敏材料片的电阻值会分别减小和增大。即相当于C1电容器的两极板间距离缩短，A电介质整体的介电常数增大，电介质B与电容器C2反之。

于是在S2闭合时由导线a,b电容器C1，C2组成的回路中有顺时针的电流经过。貌似电流“穿过”了电容器。

在S2断开时，由于环境温度的变化。会在C球内m,n两端产生电压。如前面所讲电压达到一设定值时C球内形成通路，于是 有电流经过C球。当m,n两端等电势时。两活动金属箔片又自动弹开形成开路，C球内电流停止。在设S2闭合时在温度影响下电介质的介电常数变化造成了I为匀速电流。用黑色笔和红色笔分别表示S2闭合和断开时各参数的变化情况大致如右图所示。（q+表示C1左边极板上的带电量）装置在工作时S1，S2均处于断开状态。

3.工作原理

(1)证明当S1断开S2闭合，温度上升时a,b导线中有顺时针电流。

证明：将原图的等效图画出来如图6所示

当合上开关S3，S4时图6与图1在题目中的条件下完全相同此时U3=U4。断开S3，S4后C3，C4上的带电量Q3，Q4不再改变。此时减小C4的电容增大C3的电容则由Q=CU可知C4的电压U4’增大，C3的电压U3’减小即U4’>U3’.

此时合上开关S3，S4时因U4’>U3’.于是有顺时针电流产生。电流表指针发生偏转。

（2）证明当S1，S2断开温度上升时m,n两端会产生电压。

证明：当闭合S2时C球中m,n两端电位相等，无电压。然后减小C2的电容量，增大C1的电容量则电路中有电流I（已证明）即I≠0据U=IR且R不为0时可推导出U≠0

即在温度上升时S2开关两端会有电压产生。C球内m,n两端上的电位不相等

此时若断开S2开关即R为无穷大。电流为0

则m,n两端不相等电位将保持即会产生电压。

4.能量分析

图1还可以等效于图7。当充完电后a导线及其与之相连的C1，C2的左边极板带正电q+.同理b导线及另外两极板带负电且|q+|=|q1-+q2-|=E。因此在不考虑电子从b导线上跃迁至a上或电子从这个整体中逃逸的话它们的带电量是保持不变的。于是该装置可连续做功，无需再充电。

在温度变化时即相当于将图7中带正电部分在X,Y间作往复运动。当它由从X位置移动到Y位置时很明显远离了b的左端靠近了b的右端于是因F=kq1q2/r2可看出它对b的左端的电量吸引力减小了。则q1-减小同理q2-增大可推导出b导线中有顺时针电流。

即此装备将时间温差能转换成了电能。当温度不变时电流会因电阻而衰竭，电能亦会衰竭。但电量不会衰竭。

只有当电子出现了跃迁和逃逸时，装备的带电量才会衰竭。会导致生产出的电能减小。此时我们必须再合上开关S1重新给装备充电。

结束语

由于该装备单个的发电量较小，为了达到人们所能接受的条件需要制造出很多这样的装备将它们提供的能量累积起来以满足人们的用电需求。

虽然沙漠地区的温差很大，但它们变化的速率还是很慢。因此A，B电介质必须对温度特别敏感，只要有微弱的温度变化，它们的介电常数就要有较大的变化。此外C1，C2电容器的电容量还要尽可能的大。以使在电介质的介电常数发生变化时引起导线中有更大的电流通过，产生更多的能量。

注释：由于变压器L的存在,匀速电流I经过b导线后即使m,n两端电势相等也会因b导线中的电感作用产生了振荡电流而无法按理想状态正常工作。因此必须在电路中安装电子智能开关S,起先它是通路，当m,n两端达到设定电压时会有电流通过整个b导线。当到m,n两端等电势时所用的时间为t1，此时电子智能开关断开形成开路则振荡电流只会存在于S和C1右极板之间的b导线中（不考虑a导线），C球不包括其中。振荡电流因磁阻减弱到足够小的程度所用的时间为t2。电子智能开关S又恢复为通路进入下一个工作循环中。温度变化造成m,n两端的电压达到设定值所需的时间t0理应满足t1+t2≤t0

参考文献：

1 电工技术与电子技术 王鸿明编著 清华大学出版社 2001

2 电工学 毕淑娥主编 哈尔滨工业大学出版社 2001

3 电工学 唐 介主编 高等教育出版社

4 秦曾煌主编，电工学，上下册，第四版，高等教育出版社，1990 年

5罗守信主编，电工学，第三版，高等教育出版社，1993 年

6 程守洙，江之水主编，普通物理学，下册第三版 ，电学部分高等教育出版社，1979年