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熱電是全國科學技術名詞審定委員會審定、公布的科技類名詞。

漢字,是中華民族文化的化石,是歷史的載體,是前人智慧的結晶[1],是有着鮮活生命的「你」「我」「他」,有着濃郁的文化意蘊、獨特的文化魅力和深厚的民族情結。漢字之美[2],美在形體、美在風骨、美在精髓、美在真情!

名詞解釋

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。

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,那麼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,並用導線將它們連接起來形成閉合迴路,那麼,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

定義

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。

參考文獻