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热电性能之热电效应

日期:2020-08-13 13:07
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摘要:热电性能之热电效应
       在材料中存在电位差时会产生电流,存在温度差时会产生热流。从电子论的观点来看,在金属和半导体中,不论是电流还是热流都与电子的运动有关系,故电位差、温度差、电流、热流之间存在着交叉联系,这就构成了热电效应。这种热电现象很早就被发现,它可以概括为三个基本的热电效应。
(1) 赛贝克效应
1821年德国科学家赛贝克发现,当两种不同的导体组成一个闭合回路,且两接点处温度不同,则回路中将产生电势和电流,这种现象称赛贝克效应,如下图所示,相应的电势称为热电势或温差电势,其方向取决于温度梯度的方向。
 

 


       铂佬——铂热电偶可测1700℃高温,镍铬——镍硅热电偶有更高的灵敏度和与温度成正比的热电势,铜——康铜热电偶在高于室温直至15K的温度范围仍具有高灵敏度,低于4K的温度可用特种金钻合金——铜热电偶或金铁合金——镍铬热电偶。热电偶测温被广泛用于科研和工业生产中。
半导体的塞贝克效应则用于温差发电,由于半导体温差发电机的体积小、重量轻、结构简单、工作安静、无干扰并可利用多种热源(如煤热、油热、地热、海洋温差)等优点,且可在恶劣条件下工作,故适于做空间飞行器、海底电缆系统、海上灯塔、石油井台及无人岛屿上观测站的辅助电源,还可以用于心脏起搏器中。另外,由于热电性与材料的成分和组织有密切关系,故利用热电性分析合金的成分及组织变化也是一种很有效的方法,如热电性可用于研究合金的时效和钢材的回火。
(2) 帕尔帖效应
       1834年珀尔帖发现电流通过两种金属时,将会使接点吸热或放热。如果电流从一个方向流过接点使接点吸热,那么电流反向后就会使其放热。在两种金属的闭合回路中,若电流方向在接点处与塞贝克效应产生的热电流方向一致时,该接点就要吸热;这时,另一端的接点处电流方向将与塞贝克效应的热电流方向相反,该接点就要放热。这一现象称为珀尔帖效应。单位时间内两种金属接点吸收(或放出)的热



帖效应发生的热量总是叠加到焦耳热中或从中减去,而不能以单独的形式得到。利用焦耳热与电流方向无关的事实,假设先按一个方向通电,然后按另一方向通电,若从量热计测到两种情况的热量相减即可消去焦耳热。相减的结果即为珀尔帖热的两倍。
       金属热电偶的珀尔帖效应小,半导体热电偶的珀尔帖效应大。珀尔帖效应主要用来进行温差制冷,温差可达150℃之多。尤其对小容量制冷相当优越,适用于做各种小型恒温器,以及要求无声、无干扰、无污染等特殊场合,因此可用在宇宙飞行器和人造卫星、真空冷却阱、红外线探测器等冷却装置上。
(3) 汤姆逊效应

      1847年汤姆逊发现,当电流通过一根有温度梯度的金属导线时,则在导体中除产生焦耳热外,还要产生额外的吸热或放热现象,这种热电现象称为汤姆逊效应,电流方向与导线中热流方向一致时产生放热效应,反之产生吸热效应。







*热电性能之热电效应*

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