温差发电在玻璃上的应用

黄鸿 刘宇轩

当今世界能源消耗极快，地球资源越来越紧张，人类不断地开发新能源，比如利用物体内、外的温度差来驱动热力发电机发电，就是一个不错的方法与途径。于是我们开始思索：哪些物体有温差？哪些温差持续时间长？

夏日的一天，我们乘坐长途汽车时，不经意间发现车窗玻璃外有水在直线下流，我们开始还以为是雨水，但窗外并没有下雨。这是怎么回事？司机笑着说：“汽车内开了冷空调，车内外温差较大，窗外热空气中的水分凝聚在玻璃上，水分一多就流下来了。”我们略有所思：汽车的玻璃会出现这种情况，那其他玻璃是不是也一样呢？

回到学校后我们向老师请教，老师笑着对我们说：你们喜欢科技活动，可以研究玻璃的温差有什么用途。于是我们决定研究温差发电在玻璃上的应用。

一、研究意义

针对房屋窗户、车辆窗户等的玻璃，由于冬、夏两季的内外温差较大，冬、夏季又是电力资源特别紧张之时，玻璃上的温差发电有助于缓解电力供应不足，可减少开支，降低能耗成本。

对温差发电在玻璃上应用的研究以及实验设计，能提高我们的科学素养。温差发电和玻璃的创新结合也能帮助提高同龄人和其他公民的节能、环保、绿色生活的意识。

二、提出初步构想

1.将温差发电片放置在玻璃内、外边沿。

2.将温差电荷传输感应线布置在平板玻璃上。

3.将电能用蓄电池储存起来，也可以直供于用电器。

4.假设冬、夏季的温差发电片应该放在不同的位置。

三、器材准备

平板玻璃、电烙铁、万用表、电工工具箱、温差发电片、蓄电池、电阻、用电器、开关导线等。

四、实验设计

（一）提出实验方案

1.本项目的实验要求

（1）实验安全性能有确切保证，尤其要注意用电安全。

（2）实验装置设计要简便，充分利用简便材料和可靠资源。

2.实验设计

（1）模拟夏季，进行玻璃窗温差发电片测试实验。

（2）模拟冬季，进行玻璃窗温差发电片测试实验。

（二）实验探究

实验装置设计如图1。我们选择教室的玻璃进行实验。在实验一中，用吹风机的热风对着玻璃一侧吹，模拟夏季;在实验二中，用空调的冷风对着玻璃的一侧吹，模拟冬季。

1.模拟夏季，玻璃窗内冷外热，如何摆放温差发电片使发电效率最大化？

2.模拟冬季，玻璃窗内热外冷，如何摆放温差发电片使发电效率最大化？

五、实验过程和结果

我们从认识发电片开始，检测不同的温差能否使发电片发电。初步发现温差越大，发电量越大。我们在玻璃上进行了多次实验，逐渐符合预先设计猜想，只要玻璃窗内、外有了足够的温差，完全能将温差能转化成电能。

（一）模拟夏季进行玻璃窗温差发电测试

将吹风机的热风朝着窗户的外侧吹，使窗户外侧处于高温环境，将温差发电片置于窗户内侧不同高度处，分别测量窗户不同高度处的温度和室温，记录并计算温差，测量和记录相应的电压和电流，实验数据记录见表1。实验结果表明，在夏季，把温差發电片放在越高的位置，电流、电压就越大。

（二）模拟冬季进行玻璃窗温差发电测试

开启空调冷风，使窗户内侧处于低温环境，将温差发电片置于窗户外侧不同高度处，分别测量窗户不同高度处的温度和室温，记录并计算温差，测量和记录相应的电压和电流，实验数据记录见表2。实验结果表明，在冬季，把温差发电片放在越低的位置，电流、电压就越大。

六、实验结论

玻璃窗内、外的温差可以转化为电能，即房屋玻璃窗、车辆玻璃窗、玻璃房等一切内、外存在温差的玻璃都可以利用温差发电，温差高低与发电效果成正比。想要达到更高的发电效率，夏季应将温差发电片布置在玻璃的上沿，冬季则应布置在下沿。接下来，我们还计划将该研究延伸到大棚玻璃房的新领域。（指导老师：吕心一  陈文浩）

作者心声

通过这次实践活动，我们深深体会到了从事科学研究的艰辛，也收获了成功的喜悦。我们也明白了，平时多观察、勤思考，不怕吃苦和失败，我们初中生同样可以研究和发明一些能解决问题的装置。另外，我们还学到了很多书本上无法学到的知识和科学研究的方法，增强了动手能力和观察能力，提高了科学素养。

我们将再接再厉，认真学好科学文化知识，积极参加各项科学活动，不断提升自己的综合能力，立志做明天小小科学家，成为祖国科技创新的后备人才。

专家点评

小作者们通过日常观察，在老师的指导下利用温差效应实现了玻璃上的温差发电。将温差发电片放置在玻璃的不同位置上进行了大量的对比实验，利用吹风机与空调模拟了夏季与冬季的环境，得到了存在温差的玻璃上都可以利用温差发电，温差高低与发电效果成正比的结论。同时也验证了夏季应该将发电片布置在玻璃的上沿、冬季则应将其布置在下沿发电效率最高的结论。

建议在模拟冬季和夏季的实验中，能考虑到当前温度是否对发电量产生影响，同时考虑到玻璃的种类，例如不同的玻璃材质、不同的玻璃表面是否也会影响温差发电的效果。