功能材料課件：熱電效應(yīng)-1

1、熱電效應(yīng) 所謂的熱電效應(yīng)，是當受熱物體中的電子(洞)，因隨著溫度梯度由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動時，所產(chǎn)生電流或電荷堆積的一種現(xiàn)象。而這個效應(yīng)的大小，則是用稱為thermopower(Q)的參數(shù)來測量，其定義為Q=E/-dT(E為因電荷堆積產(chǎn)生的電場，dT則是溫度梯度)。 在無外磁場存在時，它包括三個效應(yīng)，西伯克(Seebeck)效應(yīng)、帕爾帖(Peltire)效應(yīng)和湯姆遜(Thomson)效應(yīng)。下面就介紹一下這三個效應(yīng)。 有兩種不同導(dǎo)體組成的開路中，如果導(dǎo)體的兩個結(jié)點存在溫度差，這開路中將產(chǎn)生電動勢E。這就是西伯克效應(yīng)。由于西伯克效應(yīng)而產(chǎn)生的電動勢稱作溫差電動勢。材料的西伯克效應(yīng)的大小，用溫差電動勢率

2、 表示。材料相對于某參考材料的溫差電動勢率為(1)1. 西伯克(seebeck)效應(yīng) 由兩種不同材料P、N所組成的電偶，它們的溫差電動勢率 等于與之差，即(2)熱電制冷中用P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成電偶。兩材料對應(yīng)的 和 ，一個為負，一個為正。取其絕對值相加，并將 直接簡化記作 a，有(3)2. 帕爾帖(peltire)效應(yīng) 電流流過兩種不同導(dǎo)體的界面時，將從外界吸收熱量，或向外界放出熱量。這就是帕爾帖效應(yīng)。由帕爾帖效應(yīng)產(chǎn)生的熱流量稱作帕爾帖熱，用符號 表示。對帕爾帖效應(yīng)的物理解釋是：電荷載體在導(dǎo)體中運動形成電流。由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當它從高能級向低能級運動時，便釋放出多

3、余的能量；相反，從低能級向高能級運動時，從外界吸收能量。能量在兩材料的交界面處以熱的形式吸收或放出。材料的帕爾貼效應(yīng)強弱用它相對于某參考材料的帕爾貼系數(shù) 表示(4) 類似的，對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的電偶，其帕爾貼系數(shù) (或簡單記作 )，有(5) 帕爾貼效應(yīng)與西伯克效應(yīng)都是溫差電效應(yīng)，二者有密切聯(lián)系。事實上，它們互為反效應(yīng)，一個是說電偶中有溫差存在時會產(chǎn)生電動勢；一個是說電偶中有電流通過時會產(chǎn)生溫差。溫差電動勢率 a 與帕爾貼系數(shù) 之間存在下述關(guān)系(6)式中 T - 結(jié)點處的溫度，K。 3. 湯姆遜效應(yīng) 電流通過具有溫度梯度的均勻?qū)w時，導(dǎo)體將吸收或放出熱量。這就是湯姆遜效應(yīng)。由湯姆遜效

4、應(yīng)產(chǎn)生的熱流量，稱湯姆遜熱，用符號 表示(7)式中 - 湯姆遜系數(shù)， ； - 溫度差，K； I - 電流，A。 熱電效應(yīng)的應(yīng)用 熱電制冷又稱作溫差電制冷，或半導(dǎo)體制冷，它是利用熱電效應(yīng)（即帕米爾效應(yīng)）的一種制冷方法。1834年法國物理學(xué)家帕爾帖在銅絲的兩頭各接一根鉍絲，在將兩根鉍絲分別接到直流電源的正負極上，通電后，發(fā)現(xiàn)一個接頭變熱，另一個接頭變冷。這說明兩種不同材料組成的電回路在有直流電通過時，兩個接頭處分別發(fā)生了吸放熱現(xiàn)象。這就是熱電制冷的依據(jù)。半導(dǎo)體材料具有較高的熱電勢可以成功地用來做成小型熱電制冷器。圖1示出N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體構(gòu)成的熱電偶制冷元件。用銅板和銅導(dǎo)線將N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體連接成一個回路，銅板和銅導(dǎo)線只起導(dǎo)電的作用。此時，一個接點變熱，一個接點變冷。如果電流方向反向，那么結(jié)點處的冷熱作用互易。 熱電制冷器的產(chǎn)