基本介紹
- 中文名：溫差電現象
- 外文名：thermoelectric phenomena
- 別稱：熱電現象
- 特徵：由電流而引起吸熱和放熱的現象
溫差電效應,塞貝克效應,珀耳帖效應,湯姆孫效應,
溫差電效應
溫差電效應研究是一門古老而又年輕的學科，它很好的將溫度差異和電壓的產生兩者聯繫起來，被廣泛套用於高溫測量、溫差發電等領域。構成溫差電技術的基礎有三個基本效應：塞貝克效應、珀爾帖效應和湯姆遜效應。早在1821年，德國科學家塞貝克就發現了溫差電的第一個效應，所以，人們稱之為塞貝克效應——將兩種不同的金屬連線，構成一個閉合迴路，如果兩個接頭處存在溫差，迴路中便產生電流。該效應便成了溫差發電的技術基礎。1834年法國科學家珀爾帖發現電致冷所依賴的珀爾帖效應，它是塞貝克效應的逆效應——將兩種不同的金屬連線，構成一個閉合迴路，如果迴路中存在直流電流，兩個接頭之間便會產生溫差。而第三個效應——湯姆遜效應，是湯姆遜在1856年發現的。
塞貝克效應
將兩個不同導體（或半導體）兩端相連，組成一迴路，當兩個接頭處在不同溫度時，在迴路中有電動勢產生的現象。1821年由德國物理學家T.塞貝克發現。這電動勢稱為溫差電動勢。單位溫度差所產生的電動勢稱為溫差電動勢率：
α12=ε/ΔT
式中ε為溫差電動勢，ΔT為兩個接頭的溫度差。溫差電動勢率的數值決定於兩種連線材料的性質，它可表示成：
α12=α1－α2
式中α1、α2為只與材料有關的參量，稱為材料1和材料2的絕對溫差電動勢率。半導體的絕對溫差電動勢率約比金屬的大1,000倍。溫差電動勢率也與溫度有關，隨著溫度的上升稍有下降。金屬的塞貝克效應常被套用於測量溫度，而半導體的塞貝克效應常可被用來將熱能直接轉化成電能，即製成半導體溫差發電器。
珀耳帖效應
當有電流通過由兩種不同材料組成的迴路時，在兩種材料的接頭處會發生吸熱或放熱的現象。1834年由法國物理學家J.珀耳帖發現。若由導體1到導體2流過接頭的電流為I，接頭處單位時間內吸收或放出熱量為Q，則有：
Q=Π12I
式中Π12稱為珀耳帖係數，正時表示吸熱，負時表示放熱。珀耳帖效應是可逆現象，當電流反向時，原來在接頭處吸熱的變為放熱，原來放熱的變為吸熱，即：
Π12=－Π21
珀耳帖係數與兩種連線材料的性質及接頭處的溫度有關，亦可表示成：
Π12=Π1－Π2
這裡Π1、Π2只與材料的性質有關，它們與材料1及材料2的絕對溫差電動勢率α1、α2成正比：
Π1=α1T
Π2=α2T
式中T為接頭處的絕對溫度。由此可見，半導體的珀耳帖係數也比金屬大得多。利用半導體的珀耳帖效應可製造致冷機。在製作溫差發電機及致冷機時，為了提高效率必須選擇絕對溫差電動勢率高，而熱導率及電阻率低的材料，常採用一綜合參量——優值Z來衡量材料的優劣：
Z=α2/μρ
式中μ及ρ分別表示熱導率及電阻率。半導體Bi2Te3被認為是一種重要的溫差電材料，它的絕對溫差電動勢率α約為2×10伏/開，μ=1.5瓦/(米·開)，ρ=10－5歐·米，可得Z≈2.7×10－3/開。
湯姆孫效應
Q=σjΔT/Δx
式中j為流過導體的電流密度，ΔT為導體兩端的溫度差，Δx為導體的長度。σ稱為湯姆孫係數。湯姆孫效應是可逆的熱效應，當電流反向時吸熱的變成放熱。σ的大小及符號決定於材料的性質與溫度，它與材料的絕對溫差電動率有下面的關係：
α=∫0TσdT/T
上式提供了一種測量絕對溫差電動勢率的方法。
