熱電

熱電，指熱電現象，是指各種晶體由於溫度變化產生的帶電現象；熱電學是論述熱電現象的一個科學分支。

基本介紹

• 中文名：熱電
• 外文名：thermoelectricity
• 釋義：溫差電現象中所涉及的電等
• 代表公司：美國熱電公司
• 基本熱電效應：塞貝克，珀爾貼，湯姆遜效應
• 學科：冶金

定義

將兩塊不同的金屬（如銅和鐵）靠在一起時，由於兩金屬中自由電子濃度的不同，使得電子從一金屬向另一金屬擴散轉移，電子轉移量與金屬所處的溫度有關。如果將兩塊金屬處於同一溫度，那么電子轉移會達到一種平衡，這種平衡使得兩金屬的接觸界面上產生一個電勢差，稱為接觸電勢。溫度不同，接觸電勢也不同，根據接觸電勢的大小，可以測量觸點所處的溫度，這種裝置稱為熱電偶。如果將兩個類似於熱電偶的金屬接觸面置於不同的溫度下，並用導線將它們連線起來形成閉合迴路，那么，在導線中將會產生不間斷的電流，這就是最簡單的溫差發電。

熱電效應

所謂的熱電效應，是當受熱物體中的電子(空穴)，由高溫區往低溫區移動時，產生電流或電荷堆積的一種現象。而這個效應的大小，則是用稱為thermopower(Q)的參數來測量，其定義為Q=E/-dT(E為因電荷堆積產生的電場，dT則是溫度梯度)。三個基本熱電效應：塞貝克（Seebeck）效應，珀爾貼（Peltier）效應，湯姆遜效應。

塞貝克（Seebeck）效應

塞貝克（Seeback）效應，又稱作第一熱電效應，它是指由於兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質間的電壓差的熱電現象。在兩種金屬A和B組成的迴路中，如果使兩個接觸點的溫度不同，則在迴路中將出現電流，稱為熱電流。 塞貝克效應的實質在於兩種金屬接觸時會產生接觸電勢差，該電勢差取決於金屬的電子逸出功和有效電子密度這兩個基本因素。 半導體的溫差電動勢較大，可用作溫差發電器。

珀爾貼（Peltier）效應

珀爾貼（Peltier）效應，又稱為第二熱電效應，是指當電流通過A 、B兩種金屬組成的接觸點時，除了因為電流流經電路而產生的焦耳熱外，還會在接觸點產生吸熱或放熱的效應，它是塞貝克效應的逆反應。

由於焦耳熱與電流方向無關，因此珀爾貼熱可以用反向兩次通電的方法測得。

湯姆遜效應

1856年，湯姆遜利用他所創立的熱力學原理對塞貝克效應和帕爾帖效應進行了全面分析，並將本來互不相干的塞貝克係數和帕爾帖係數之間建立了聯繫。湯姆遜認為，在絕對零度時，帕爾帖係數與塞貝克係數之間存在簡單的倍數關係。在此基礎上，他又從理論上預言了一種新的溫差電效應，即當電流在溫度不均勻的導體中流過時，導體除產生不可逆的焦耳熱之外，還要吸收或放出一定的熱量（稱為湯姆孫熱）。或者反過來，當一根金屬棒的兩端溫度不同時，金屬棒兩端會形成電勢差。這一現象後叫湯姆遜效應（Thomson effect），成為繼塞貝克效應和帕爾帖效應之後的第三個熱電效應（thermoelectric effect）。

湯姆遜效應是導體兩端有溫差時產生電勢的現象，帕爾帖效應是帶電導體的兩端產生溫差（其中的一端產生熱量，另一端吸收熱量）的現象，兩者結合起來就構成了塞貝克效應。

熱電堆

熱電堆是由多個熱電偶的串聯而成。

熱電堆的結構：輻射接收面分為若干塊，每塊接一個熱電偶，把它們串聯起來，就構成熱電堆。按用途不同，實用的熱電堆可以製成細絲型和薄膜型，亦可製成多通道型和陣列型器件。

熱電比

熱電比即熱電廠發熱量和發電量的比值。根據《關於發展熱電聯產的規定》，要求供熱式汽輪發電機組的蒸汽流既發電又供熱的常規熱電聯產，應符合下列指標：

A、 所有熱電聯產機組總熱效率年平均大於45%。熱效率=（供熱量+供電量X 3600千焦/千瓦時）/（燃料總消耗量X燃料單位低位熱值）X 100%。

B、 單機容量在5萬千瓦以下的熱電機組，其熱電比年平均應大於100%；單機容量在5萬千瓦至20萬千瓦以下的熱電機組，其熱電比年平均應大於50%；單機容量20萬千瓦及以上抽汽凝汽兩用供熱機組，採暖期熱電比應大於50%。熱電比=供熱量/（供電量X 3600千焦/千瓦時）X 100%。

註：供熱量單位採用千焦，供電量單位採用千瓦時，燃料總消耗量單位採用千克，燃料單位低位熱值千焦/千克，這兩個條件是衡量熱電機組是否達標的必備條件。

熱電性

當礦物溫度變化時，在晶體的某些結晶方向產生電荷的性質稱為熱電性。

礦物的熱電性主要存在於無對稱中心、具有極性軸的介電質礦物晶體中。如電氣石、方硼石。

熱電性是指寶石礦物在外界溫度變化時，在晶體的某些方向產生電荷的性質。熱電性最初發現於石英中。

熱釋電材料如鈦酸鉛、硫酸三甘肽具有材料表面在受熱情況下出現電荷的現象，這種現象是由於此類物質的分子有自發極化作用形成電偶極子在物體表面吸附環境中的靜電荷達到中和，但溫度變化下其自發極化強度相應改變從而在物體表面出現多餘的電荷，我們稱材料的這種表現為熱釋電效應。熱釋電效應是熱電性的一個重要方面。

熱電材料

熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉換的功能材料，1823年發現的塞貝克效應和1834年發現的帕爾帖效應為熱電能量轉換器和熱電製冷的套用提供了理論依據。如隨著空間探索興趣的增加、醫用物理學的進展以及在地球難於日益增加的資源考察與探索活動，需要開發一類能夠自身供能且無需照看的電源系統，熱電發電對這些套用尤其合適。隨著全球工業化進程的加快, 世界能源短缺和枯竭已經成為每個國家不容忽視的問題, 嚴重製約著社會長期穩定發展。研究和開發新能源已經成為全球能源發展的趨勢。生活中有許多耗費能源所生成、卻又被廢棄的熱能，例如：汽車尾氣、工廠鍋爐排放的氣體等。如果能將這些熱能善加利用，即可成為再次使用的能源；電能是最廣泛使用的能源形式,但是目前發電的主要形式還是化石能源，這些能源的使用在給我們帶來便利的同時，也帶來了全球關注的環境問題；現代製冷技術給人們生活帶來了很多便利，但是氟里昂製冷劑所帶來的環境問題卻不容忽視。熱電材料以其獨特的性能成為一種很有發展前途的功能材料, 它的套用包括溫差發電和溫差製冷。什麼是熱電材料呢？熱電材料是一種利用固體內部載流子運動實現熱能和電能直接相互轉換的功能材料。人們對熱電材料的認識具有悠久的歷史。1823年，德國人塞貝克（Seebeck）發現了材料兩端的溫差可以產生電壓，也就是通常所說的溫差電現象。1834年，法國鐘錶匠珀耳帖（Peltier）在法國《物理學和化學年鑑》上發表了他在兩種不同導體的邊界附近（當有電流流過時）所觀察到的溫差反常的論文。這兩個現象表明了熱可以致電，而同時電反過來也能轉變成熱或者用來製冷，這兩個現象分別被命名為塞貝克效應和珀耳帖效應。它們為熱電能量轉換器和熱電製冷的套用提供了理論依據。在環境污染和能源危機日益嚴重的今天，進行新型熱電材料的研究具有很強的現實意義。