Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Олимпиада - 2008 (олимпиады 2007, 2009, 2010)

Всероссийская Интернет-олимпиада школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых в области наносистем, наноматериалов и нанотехнологий

03. Основной тур, ответы: М4. Энергоустановка (химия / материаловедение)

Формулы
График
Таблица

1. Мощность энергоустановки рассчитываем по формуле: W=Ui*I*n, где Ui – напряжение на единичной топливной ячейке, I – сила тока на единичной топливной ячейке, n – количество топливных ячеек. Напряжение пересчитываем по формуле: U=Ui*n.

Таким образом, получаем следующие данные: (Табл. 1)

Строим зависимость W от I (Рис. 1)

Отсюда следует, что максимальная мощность (Wmax) энергоустановки соответствует ≈ 33,76 Вт при токе Imax=1375 мА и напряжении Umax=24,55 В.

2. Максимально возможную величину напряжения водородно-воздушной топливной ячейки можно рассчитать по формуле: (1)

Для реакции 1/2O2 + H2 ---> H2O количество перенесенных электронов z = 2.

F = 96500 Кл/моль – постоянная Фарадея.

Таким образом, Uo= -ΔGоH2O(газ)/(z*F)= 237,3 кДж/моль / (2*96500 Кл/моль) = 1,23 В.

3. КПД единичной ячейки рассчитывается по формуле: (2)

при максимальной мощности энергоустановки ток равен Imax=1375 мА. При этом напряжение на единичной ячейке U1max=0,491 В. Подставляем все в формулу, получаем: (3)

Для обратной задачи надо выразить U.

Таким образом,U56%=(4)

4. По закону Фарадея Q = z*n*F, где Q – электрический заряд, z – число электронов в обменной реакции, n – количество вещества.

Продифференцировав это выражение по времени получаем: dQ/dt = I = z*(dn/dt)*F. Отсюда dn/dt = I / (z*F).

Для ионизации молекулы водорода требуется 2 электрона, для молекулы кислорода – 4.

Таким образом, для энергоустановки с 50 топливными ячейками при работе в условиях вырабатывания максимума электрической мощности величина потока, считая, что газы находятся при н.у. (Vm=22,4 л/моль), должна составить:

dn/dt(Н2, л/мин) = 1,375 А * 50 * 22,4 л/моль * 60 с / (2 * 96500 Кл/моль * 0,7) = 0,68 л/мин.

dn/dt(O2, л/мин) = 1,375 А * 50 * 22,4 л/моль * 60 с / (4 * 96500 Кл/моль * 0,3) = 0,80 л/мин.

Но, принимая во внимание, что парциальное давление кислорода в воздухе (1 атм) составляет 0.21 атм, то для воздушного потока выражение будет иметь вид:

dn/dt(воздух, л/мин) = 1,375 А * 50 * 22,4 л/моль * 60 с / (4 * 96500 Кл/моль * 0,3 * 0,21) = 3,80 л/мин.

Скорость генерации воды (г/час) (Mr(H2O) = 18 г/моль) в энергоустановке при работе в условиях вырабатывания максимума электрической мощности можно рассчитать по следующей формуле:

dn/dt(Н2О, г/час) = 1,375 А * 50 * 3600 с * 18 г/моль / (2*96500 Кл/моль) = 23,08 г/час.

Примечание: указанные в тексте формулы вы найдете в приложенных jpg-файлах

 

Прикрепленные файлы:
energoust.pdf (153.56 Кб.)

 



Исходное задание

Нанолента для нанокосы
Нанолента для нанокосы

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 3)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-3
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.