《電磁學(xué)》第3章 第3.5節(jié) 溫差電現(xiàn)象(1學(xué)時(shí))

華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)系Email：zllin@林志立《電磁學(xué)》第三章恒定電流（8學(xué)時(shí)）QQ群：200310752內(nèi)容概要§3.1電流的恒定條件和導(dǎo)電規(guī)律（2學(xué)時(shí)）§3.2電源及其電動(dòng)勢（2學(xué)時(shí)）§3.3簡單電路（1學(xué)時(shí)）§3.4復(fù)雜電路（2學(xué)時(shí)）§3.5溫差電現(xiàn)象（1學(xué)時(shí)）§3.6電子發(fā)射與氣體導(dǎo)電（自學(xué)）§3.5溫差電現(xiàn)象

電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的焦耳熱與電流的方向無關(guān)不可逆過程靜電力作用一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體存在溫差導(dǎo)致產(chǎn)生熱電動(dòng)勢與電流的方向有關(guān)過程可逆非靜電力作用（自由電子熱擴(kuò)散）

溫差電效應(yīng)根據(jù)具體作用原理及表現(xiàn)形式，有湯姆孫效應(yīng)、佩爾捷（珀?duì)柼┬?yīng)、以及前2種效應(yīng)的綜合——塞貝克效應(yīng)這三種情況?！?.5溫差電現(xiàn)象3.5.1湯姆孫效應(yīng)如果在存在溫度梯度的均勻?qū)w中通有電流時(shí)，導(dǎo)體中除了產(chǎn)生不可逆的焦耳熱外，還要吸收或放出（取決于電流方向）一定的熱量，這一現(xiàn)象稱為湯姆孫效應(yīng)，吸收或釋放的熱量稱為湯姆孫熱。物理解釋：在同種導(dǎo)體中，當(dāng)溫度不均勻時(shí)自由電子會產(chǎn)生熱擴(kuò)散，類似一種非靜電力，從而導(dǎo)體內(nèi)形成湯姆孫電動(dòng)勢。吸熱放熱外加電流方向與非靜電力一致，自由電子將不斷從外界吸熱。

熱能轉(zhuǎn)化為電能。(類似電池放電)外加電流方向與非靜電力相反，自由電子將不斷向外界放熱。電能轉(zhuǎn)化為熱能。(類似電池放電)(類似電池充電)§3.5溫差電現(xiàn)象3.5.1湯姆孫效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明，在湯姆孫效應(yīng)中，作用在單位正電荷上的等效非靜電力K，其大小正比于熱力學(xué)溫度T的梯度：式中，湯姆孫系數(shù)σ與金屬材料及其溫度有關(guān)，數(shù)值一般很小。則整個(gè)棒內(nèi)的湯姆孫電動(dòng)勢為:式中，T1，T2分別為棒兩端的溫度。鉍：

σ~10-5V/K湯姆孫電動(dòng)勢的大小只與金屬材料類型和兩端的溫度有關(guān)，與金屬棒的形狀無關(guān)?！?.5溫差電現(xiàn)象3.5.2佩爾捷效應(yīng)當(dāng)外加電流通過兩種不同金屬A和B間的接觸面時(shí)，也會有吸熱或放熱的現(xiàn)象發(fā)生，這效應(yīng)稱為佩爾捷效應(yīng)，吸收或釋放的熱量稱為佩爾捷熱。物理解釋：不同導(dǎo)體材料中自由電子數(shù)密度n不同，接觸時(shí)，自由電子將發(fā)生擴(kuò)散，類似一種非靜電力，從而接觸面上形成佩爾捷電動(dòng)勢。外加電流方向與非靜電力一致，自由電子將不斷從外界吸熱，熱能轉(zhuǎn)化為電能。(類似電池放電)外加電流方向與非靜電力相反，自由電子將不斷向外界放熱，電能轉(zhuǎn)化為熱能。(類似電池充電)吸熱放熱§3.5溫差電現(xiàn)象3.5.2佩爾捷效應(yīng)佩爾捷電動(dòng)勢與相互接觸的金屬材料以及溫度有關(guān)，數(shù)值在10-2到10-3V之間。同一種金屬不同溫度，只依靠湯姆孫電動(dòng)勢，不能在閉合回路中建立恒定電流。湯姆孫電動(dòng)勢和佩爾捷電動(dòng)勢能否在閉合回路中建立恒定電流？熱接頭冷接頭不同金屬單一溫度下,只依靠佩爾捷電動(dòng)勢，同樣不能在閉合回路中建立恒定電流?！?.5溫差電現(xiàn)象3.5.3溫差電效應(yīng)及其應(yīng)用在金屬導(dǎo)線連成的閉合回路中可以得到恒定電流(塞貝克電動(dòng)勢不等于零)，必須在須在電路中同時(shí)存在溫度梯度和自由電子數(shù)密度的梯度。兩種金屬A、B做成的導(dǎo)線串聯(lián)起來，并使它們的兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度分別為T1和T2。在兩根導(dǎo)線閉合回路中的電動(dòng)勢為：這電動(dòng)勢稱為塞貝克電動(dòng)勢，或溫差電動(dòng)勢。佩爾捷電動(dòng)勢湯姆孫電動(dòng)勢吸熱放熱熱端冷端§3.5溫差電現(xiàn)象3.5.3溫差電效應(yīng)及其應(yīng)用溫差電偶A、B兩種金屬連接點(diǎn)位于溫度為T1的環(huán)境，在它們之間插入任何一種金屬C，只要維持它和A、B的連接點(diǎn)在同一溫度T2，這個(gè)閉合回路中的溫差動(dòng)勢總是和只由A、B兩種金屬組成的溫差電偶中的溫差電動(dòng)勢一樣。A、B兩種金屬之間插入第三種金屬C時(shí)，組成一閉合回路?；芈返目傠妱?dòng)勢是三個(gè)佩爾捷電動(dòng)勢與三個(gè)湯姆遜電動(dòng)勢的代數(shù)和。證明：§3.5溫差電現(xiàn)象3.5.3溫差電效應(yīng)及其應(yīng)用熱電偶T0T

待測溫度已知恒溫（測）電勢差計(jì)ABCC一般金屬:

mV/100C0（鉍）（銻）Bi—Sb:10-2V/100C0根據(jù)熱電動(dòng)勢與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表,可供查尋測得溫度T?！?.5溫差電現(xiàn)象3.5.3溫差電效應(yīng)及其應(yīng)用熱電偶T0T

待測溫度已知恒溫（測）電勢差計(jì)ABCC優(yōu)點(diǎn)：▲測溫范圍大（-200°C—2000°C）▲靈敏度和準(zhǔn)確度很高（可達(dá)10-3°C以下）▲受熱面積和熱容小,能夠測量很小范圍內(nèi)的溫度或微小的熱量?！敵鰹殡妷?，便于自動(dòng)控制§3.5溫差電現(xiàn)象3.5.3溫差電效應(yīng)及其應(yīng)用根據(jù)不同的溫度范圍，選用不同的電偶金屬材料。300℃以下銅—康銅溫差電偶1200℃