熱電效應(yīng)搜集的文檔

熱電效應(yīng)搜集的文檔法國物理學(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)覺一個接頭變熱,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勝利地用來做成小型熱電制冷器。

圖1示出型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體構(gòu)成的熱電偶制冷元件。

用銅板和銅導(dǎo)線將型半導(dǎo)體和型半導(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。

假如電流方向反向,那么結(jié)點處的冷熱作用互易。

熱電制冷器的產(chǎn)冷量一般很小,所以不宜大規(guī)模和大制冷量使用。

但由于它的敏捷性強,簡潔便利冷熱切換簡單,特別相宜于微型制冷領(lǐng)域或有特別要求的用冷場所。

熱電制冷的理論基礎(chǔ)是固體的熱電效應(yīng),在無外磁場存在時,它包括五個效應(yīng),導(dǎo)熱、焦耳熱損失、西伯克效應(yīng)、帕爾帖效應(yīng)和湯姆遜效應(yīng)。

一般的冷氣與冰箱運用**化物當(dāng)冷媒,冷氣,可制造一個無冷媒的冰箱。

這種發(fā)電方法是將熱能直接轉(zhuǎn)變成電能,,因而熱電效應(yīng)又叫西伯效應(yīng)。

它不但與兩結(jié)溫度有關(guān),,不會有磨損現(xiàn)象,故可長期使用,但欲達高效率需要溫度很高的熱源,——湯姆遜效應(yīng)威廉湯姆遜1824年生于愛爾蘭,父親詹姆士是貝爾法斯特皇家學(xué)院的數(shù)學(xué)教授,后因任教格拉斯哥高校,在威廉8歲那年全家遷往蘇格蘭的格拉斯哥。

湯姆遜十歲便入讀格拉斯哥高校你不必驚異,在那個時代,愛爾蘭的高校會取錄最有才華的學(xué)校生,約在14歲開頭高校程度的課程,15歲時憑一篇題為“地球外形”的文章獲得高校的金獎?wù)隆?/p>

湯姆遜后來到了劍橋高校并以全班級第2名的成果畢業(yè)。

他畢業(yè)后到了巴黎,在勒尼奧的指導(dǎo)下進行了一年試驗討論。

1846年,湯姆遜再回到格拉斯哥高校擔(dān)當(dāng)自然哲學(xué)即現(xiàn)在的物理學(xué)教授,直到1899年退休為止。

1821年,德國物理學(xué)家塞貝克發(fā)覺,在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中,當(dāng)兩接觸處的溫度不同時,回路中會產(chǎn)生一個電勢,此所謂“塞貝克效應(yīng)”。

1834年,法國試驗科學(xué)家帕爾帖發(fā)覺了它的反效應(yīng):兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路,當(dāng)回路中存在直流電流時,兩個接頭之間將產(chǎn)生溫差,此所謂珀爾帖效應(yīng)。

1837年,俄國物理學(xué)家愣次又發(fā)覺,電流的方向打算了汲取還是產(chǎn)生熱量,發(fā)熱制冷量的多少與電流的大小成正比。

1856年,湯姆遜利用他所創(chuàng)立的熱力學(xué)原理對塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)進行了全面分析,并將原來互不相干的塞貝克系數(shù)和帕爾帖系數(shù)之間建立了聯(lián)系。

湯姆遜認為,在肯定零度時,帕爾帖系數(shù)與塞貝克系數(shù)之間存在簡潔的倍數(shù)關(guān)系。

在此基礎(chǔ)上,他又從理論上預(yù)言了一種新的溫差電效應(yīng),即當(dāng)電流在溫度不勻稱的導(dǎo)體中流過時,導(dǎo)體除產(chǎn)生不行逆的焦耳熱之外,還要汲取或放出肯定的熱量稱為湯姆孫熱。

或者反過來,當(dāng)一根金屬棒的兩端溫度不同時,金屬棒兩端會形成電勢差。

這一現(xiàn)象后叫湯姆孫效應(yīng),成為繼塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)之后的第三個熱電效應(yīng)。

湯姆遜效應(yīng)是導(dǎo)體兩端有溫差時產(chǎn)生電勢的現(xiàn)象,帕爾帖效應(yīng)是帶電導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生溫差其中的一端產(chǎn)生熱量,另一端汲取熱量的現(xiàn)象,兩者結(jié)合起來就構(gòu)成了塞貝克效應(yīng)。

湯姆遜效應(yīng)的物理學(xué)解釋是:金屬中溫度不勻稱時,溫度高處的自由電子比溫度低處的自由電子動能大。

像氣體一樣,當(dāng)溫度不勻稱時會產(chǎn)生熱集中,因此自由電子從溫度高端向溫度低端集中,在低溫端積累起來,從而在導(dǎo)體內(nèi)形成電場,在金屬棒兩端便引成一個電勢差。

這種自由電子的集中作用始終進行到電場力對電子的作用與電子的熱集中平衡為止。

湯姆遜效應(yīng)由于產(chǎn)生的電壓極其微弱,至今尚未發(fā)覺實際應(yīng)用。

熱電其次效應(yīng)——珀爾帖效應(yīng)半導(dǎo)體制冷片兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路,當(dāng)回路中存在直流電流時,兩個接頭之間將產(chǎn)生溫差。

這就是珀爾帖效應(yīng)。

或許大家還記得前面曾經(jīng)介紹過的塞貝克效應(yīng)也叫熱電效應(yīng),溫差使兩種金屬的結(jié)合處產(chǎn)生電勢,帕爾帖效應(yīng)可以視為塞貝克效應(yīng)的反效應(yīng)。

通常將塞貝克效應(yīng)稱為熱電第一效應(yīng),帕爾帖效應(yīng)稱作熱電其次效應(yīng),后面即將介紹的湯姆遜效應(yīng)則稱作熱電第三效應(yīng)。

帕爾帖效應(yīng)是法國科學(xué)家珀爾帖于1834年發(fā)覺的,所以,一提到帕爾帖的名字,人們很簡單將他與帕爾帖效應(yīng)聯(lián)系起來,并誤以為他是一個物理學(xué)家,實際上他至多算個業(yè)余的物理學(xué)家。

帕爾帖生于法國索姆,他原來是一個鐘表匠,30歲那年放棄了這個職業(yè),轉(zhuǎn)而投身到試驗與科學(xué)觀測領(lǐng)域之中。

在他撰寫的大量論文中,絕大部分都是關(guān)于自然現(xiàn)象的觀測,譬如天電、龍卷風(fēng)、天空藍度測量與光偏振、球體水溫、極地沸點等,也有少量博物學(xué)方面的論文。

1837年,俄國物理學(xué)家愣次發(fā)覺,電流的方向打算了汲取還是產(chǎn)生熱量,發(fā)熱制冷量的多少與電流的大小成正比,比例系數(shù)稱為“帕爾帖系數(shù)”。

=л=,其中л=式中:——放熱或吸熱功率π——比例系數(shù),稱為珀爾帖系數(shù)——工作電流——溫差電動勢率——冷接點溫度帕爾帖效應(yīng)發(fā)覺100多年來并未獲得實際應(yīng)用,由于金屬半導(dǎo)體的珀爾帖效應(yīng)很弱。

直到上世紀(jì)90年月,原蘇聯(lián)科學(xué)家約飛的討論表明,以碲化鉍為基的化合物是最好的熱電半導(dǎo)體材料,從而消失了有用的半導(dǎo)體電子致冷元件——熱電致冷器,簡稱。

套件圖示,直流電源,可作為和的散熱器與風(fēng)冷和水冷相比,半導(dǎo)體致冷片具有以下優(yōu)勢:1可以把溫度降至室溫以下;2精確溫控使用閉環(huán)溫控電路,精度可達;3高牢靠性致冷組件為固體器件,無運動部件,壽命超過20萬小時,失效率低;4沒有工作噪音。

基本工作過程:當(dāng)一塊型半導(dǎo)體和一塊型半導(dǎo)體結(jié)成電偶時,只要在這個電偶回路中接入一個直流電源,電偶上就會流過電流,發(fā)生能量轉(zhuǎn)移,在一個接點上放熱或吸熱,在另一個接點上相反地吸熱或放熱。

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(dāng)它從高能級向低能級運動時,便釋放出多余的能量;相反,從低能級向高能級運動時,從外界汲取能量。

能量在兩材料的交界面處以熱的形式汲取或放出。

在制冷片中,半導(dǎo)體通過金屬導(dǎo)流片連接構(gòu)成回路,當(dāng)電流由通過時,電場使中的電子和中的空穴反向流淌,他們產(chǎn)生的能量來自