Hiệu suất của động cơ nhiệt là :
1 21 1 1 1 Q Q A H Q Q − = =
Hiệu suất cực đại của động cơ nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh, đợc xác đinh theo công thức :
1 21 1 T T H T − =
Trong đó T là nhiệt độ tuyệt đối Keluin.
Tua bin của nhà máy nhiệt điện và điện hạt nhân cũng là một loại động cơ nhiệt hoạt động theo nguyên tắc này. Trong đó nguồn nóng là nồi hơi, nguồn lạnh là buồng ngng hơi.
7.3.6. Pin mặt trời
Pin mặt trời là một loại pin quang điện, đó là nguồn điện một chiều trong đó quang năng đợc biến đổi trực tiếp thành điện năng. Nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời dựa trên hiện tợng quang điện trong. Pin mặt trời đợc dùng phổ biến hiện nay làm bằng chất bán dẫn silie (Si) hay sêlen (se).
Trên hình 7.1 là sơ đồ cấu tạo của một pin mặt trời sêlen. Lớp sêlen (1) là một chất bán dẫn loại p thuộc nhóm VI. Trên bề mặt của lớp sêlen ngời ta phủ một lớp tạp chất thuộc nhóm VII với nồng độ thích hợp để biến lớp này thành một lớp bán dẫn loại n (2). Lớp 2 này có chiều dày vào khoảng vài chục micrômet. Êlectron sẽ khuyếch tán từ lớp bán dẫn n sang lớp bán dẫn p, lỗ trống khuyếch tán theo chiều ngợc lại. Trong lớp bán dẫn n tạo thành một lớp điện tích dơng, còn trong lớp bán dẫn loại p tạo thành một lớp điện tích âm. Do đó xuất hiện một điện trờng E có chiều từ lớp điện tích dơng sang lớp điện tích âm. Điện trờng này ngăn cản sự khuyếch tán êlectron từ lớp bán dẫn n sáng lớp bán dẫn p. Vùng không gian giáp ranh giữa hai lớp bán dẫn trong đó có điện tr - ờng là lớp chặn vì nó chỉ cho phép êlectron khuyếch tán theo một chiều nhất định. Lớp sêlen đợc phủ lên một đế sắt (3) dùng làm điện cực. Trên lớp bán dẫn loại n có phủ một lớp vàng rất mỏng dùng làm điện cực thứ hai (4). Lớp vàng này cho phép ánh sáng xuyên qua nó.
Khi chiếu ánh sáng đi qua lớp vàng vào lớp bán dẫn loại n thì các phôton sẽ giải phóng ra các cặp êlectron và lỗ trống do hiện tợng quang điện trong. Các lỗ trống mang điện dơng sẽ khuyếch tán theo chiều điện trờng sang lớp bán dẫn loại p, còn êlectron ở lại trong lớp bán dẫn loại n. Kết quả là điện cực vàng sẽ nhiễm điện âm, điện cực sắt sẽ nhiễm điện dơng. Nếu nối điện cực vàng với điện cực sắt bằng một mạch điện ngoài thì sẽ có một dòng điện chạy qua theo chiều từ cực sắt sang cực vàng.
Pin mặt trời chỉ hoạt động khi có ánh sáng chiếu vào. Nh vậy ban đêm trời tối pin này không hoạt động. Ban ngày ngời ta phải dùng dòng điện của pin mặt trời phát ra để nạp điện cho một hệ thống acqui rồi đến đêm cho acqui phát điện để dùng. Khi trời nắng to, không có mây 1m2 pin mặt trời ở nớc ta có thể nhận đợc một quang năng đến 1,4kW. Hiệu suất của pin mặt trời khoảng 10%. Hiệu điện thế của pin có thể đạt đến 24V. Ngời ta dùng một thiết bị đặc biệt để nâng hiệu điện thế này lên 220V cho tiện sử dụng các đèn và máy móc thông dụng. Ngời ta làm những tấm pin mặt trời lớn đặt trên mái nhà hay trên những giá đỡ theo hớng nhận đợc nhiều ánh sáng mặt trời nhất trong một ngày. Nh vậy một hộ gia đình dùng một tấm pin mặt trời có diện tích 1m2 là có thể đủ để thắp sáng và chạy máy thu hình.
Vì ở THCS không học chất bán dẫn cho nên không yêu cầu HS phải biết cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời. GV chỉ cần cho HS quan sát trực tiếp để nhận biết đợc rằng khi chiếu ánh sáng vào bề mặt tấm pin mặt trời thì xuất hiện dòng điện có thể thắp sáng đèn hay làm quay động cơ : quang năng đã đợc biến đổi trực tiếp thành điện năng.
7.4. phơng pháp dạy học
7.4.1. Đặc điểm chung. Nh đã phân tích ở trên, nhiệm vụ của chơng này làhệ thống hoá những kiến thức về năng lợng đã đợc học trong nhiều phần trớc hệ thống hoá những kiến thức về năng lợng đã đợc học trong nhiều phần trớc đây, trên cơ sở đó mà phát hiện những điểm có tính chất khái quát hoặc đi sâu hơn về khái niệm năng lợng, sự chuyển hoá năng lợng sản xuất và sử dụng năng lợng. Bởi vậy hầu hết các bài trong chờng đều bắt đầu bằng việc ôn lại kiến thức đã học về các dạng năng lợng. Trên cơ sở đó mà phát hiện đặc điểm chung của các dạng năng lợng, đa ra những bằng chứng định lợng về sự bảo toàn và chuyển hoá năng lợng, nêu ra nguyên tắc chung của việc biến đổi các dạng năng lợng có trong tự nhiên thành cơ năng nhiệt năng, điện năng để sử dụng trong đời
sống và sản xuất. Vì không đi sâu vào cấu tạo và cơ chế của các thiết bị chuyển hoá năng lợng cho nên cần phải có thiết bị thí nghiệm để HS có thể nhận biết đ- ợc các dạng năng lợng tham gia vào quá trình chuyển hoá đó và nguyên tắc chung của việc thực hiện sự chuyển hoá đó.
Thông thờng năng lợng có sẵn trong tự nhiên không trực tiếp chuyển hoá thành dạng năng lợng cần dùng mà qua nhiều biến đổi trung gian. Cần làm cho HS nhận biết đợc các quá trình trung gian đó, một mặt để hiểu rõ nguyên nhân của sự hao hụt năng lợng trong quá trình chuyển hoá, mặt khác biết đợc nguyên tắc sử dụng hợp lí và tiết kiệm năng lợng và nâng cao hiệu suất của các máy chuyển đổi năng lợng nh động cơ nhiệt, động cơ điện, máy phát điện v.v...
7.4.2. Dạy học bài "Năng lợng và sự chuyển hoá năng lợng"
i − mục tiêu