溫差電現(xiàn)象及其應(yīng)用溫差發(fā)電機(jī)

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1、----------專業(yè)最好文檔，專業(yè)為你服務(wù)，急你所急，供你所需-------------文檔下載最佳的地方溫差電現(xiàn)象及其應(yīng)用——溫差發(fā)電機(jī)2010級(jí)化學(xué)物理系龔科PB10206089摘要:本文分為兩部分：第一部分介紹溫差電現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，包含湯姆孫效應(yīng)、珀?duì)柼?yīng)和塞貝克效應(yīng)的介紹.第二部分介紹溫差電現(xiàn)象的一種利用，即溫差發(fā)電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景.關(guān)鍵詞：溫差電現(xiàn)象湯姆孫效應(yīng)珀?duì)柼?yīng)塞貝克效應(yīng)溫差電發(fā)電機(jī)正文：一、溫差電現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理由兩種不同材料制成的結(jié)點(diǎn)由于受到某種因素作用而出現(xiàn)了溫差，就有可能在兩結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，回路中產(chǎn)生電流，這就是溫差電效應(yīng).所產(chǎn)生

2、的電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電動(dòng)勢(shì)，在一定范圍內(nèi)，溫差電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上正比于兩接點(diǎn)處的溫度差，即ε=a(T1-T2)，（1）其中，a為塞貝克系數(shù)，在數(shù)值上等于單位溫度差所引起的電動(dòng)勢(shì).金屬的溫差電效應(yīng)較小，a為0~80μV·K-1，用于測(cè)量溫度，半導(dǎo)體溫差電效應(yīng)較大，a為50~103μV·K-1，可用來(lái)制造溫差發(fā)電機(jī).溫差電效應(yīng)由德國(guó)物理學(xué)家塞貝克于1821年首先發(fā)現(xiàn)；1834年，法國(guó)實(shí)驗(yàn)科學(xué)家珀?duì)柼l(fā)現(xiàn)了它的反效應(yīng)：兩種不同金屬構(gòu)成閉合回路，當(dāng)回路中存在直流電流時(shí)，兩個(gè)接頭之間將產(chǎn)生溫差，即珀?duì)柼?yīng).1837年，俄國(guó)物理學(xué)家楞次又發(fā)現(xiàn)，電流的方向決定了吸收熱量還是產(chǎn)生熱量

3、，發(fā)熱（制冷）量的多少與電流大小成正比.溫差電效應(yīng)根據(jù)具體作用原理及表現(xiàn)形式，有湯姆遜效應(yīng)、帕爾貼效應(yīng)、賽貝克效應(yīng)三種.1、湯姆孫效應(yīng)湯姆孫效應(yīng)即導(dǎo)體兩端有溫差時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象.其機(jī)理是金屬中溫度不均勻時(shí)，溫度高處的自由電子比溫度低處的自由電子動(dòng)能大.像氣體一樣，當(dāng)溫度不均勻時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱擴(kuò)散，在溫度低端堆積起來(lái)，從而在導(dǎo)體內(nèi)形成電場(chǎng)在金屬棒兩端便形成一個(gè)電勢(shì)差.這種自由電子的擴(kuò)散作用一直進(jìn)行到電場(chǎng)力對(duì)電子的作用與電子的熱擴(kuò)散平衡為止.2、珀?duì)柼?yīng)珀?duì)柼?yīng)就是電流流過(guò)兩種不同導(dǎo)體的界面時(shí)，將從外界吸收熱量，或向外界放出熱量.由珀?duì)柼?yīng)產(chǎn)生的熱流量稱作珀?duì)柼麩?/p>

4、.珀?duì)柼?yīng)的物理解釋是：電荷載體在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)形成電流.由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級(jí)，當(dāng)它從高能級(jí)向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便釋放出多余的能量；相反，從低能級(jí)向高能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從外界吸收能量.能量在兩材料的交界面處以熱的形式吸收或放出.1837年，俄國(guó)物理學(xué)家楞次（Lenz，1804～1865）發(fā)現(xiàn)，電流的方向決定了吸收還是產(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)”.　　Q=л·I=a·Tc·I，（2）其中л=a·Tc　　式中：Q——放熱或吸熱功率　　π——比例系數(shù)，稱為珀?duì)柼禂?shù)　　I——工作電流　　a——溫差電動(dòng)勢(shì)率　　Tc

5、——冷接點(diǎn)溫度.珀?duì)柼?yīng)最主要的應(yīng)用就是半導(dǎo)體制冷.半導(dǎo)體制冷片具有以下優(yōu)勢(shì)：（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(dá)±0.1℃）；（3）高可靠性（致冷組件為固體器件，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，壽命超過(guò)20萬(wàn)小時(shí)，失效率低）；（4）沒(méi)有工作噪音.此應(yīng)用不作為本文的主要內(nèi)容，故不作詳細(xì)介紹.----------專業(yè)最好文檔，專業(yè)為你服務(wù)，急你所急，供你所需-------------文檔下載最佳的地方----------專業(yè)最好文檔，專業(yè)為你服務(wù)，急你所急，供你所需-------------文檔下載最佳的地方3、塞貝克效應(yīng)在兩種金屬A和B組成的回

6、路中，如果使兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度不同，則在回路中將出現(xiàn)電流，稱為熱電流.塞貝克效應(yīng)的實(shí)質(zhì)在于兩種金屬接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生接觸電勢(shì)差，該電勢(shì)差取決于金屬的電子溢出功和有效電子密度這兩個(gè)基本因素.產(chǎn)生塞貝克效應(yīng)的機(jī)理，對(duì)于半導(dǎo)體和金屬是不相同的.（1）半導(dǎo)體的塞貝克效應(yīng)　　產(chǎn)生塞貝克效應(yīng)的主要原因是熱端的載流子往冷端擴(kuò)散的結(jié)果.例如p型半導(dǎo)體，由于其熱端空穴的濃度較高，則空穴便從高溫端向低溫端擴(kuò)散；在開路情況下，就在p型半導(dǎo)體的兩端形成空間電荷（熱端有負(fù)電荷，冷端有正電荷），同時(shí)在半導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)電場(chǎng)；當(dāng)擴(kuò)散作用與電場(chǎng)的漂移作用相互抵消時(shí)，即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在半導(dǎo)體的兩端就出現(xiàn)了由

7、于溫度梯度所引起的電動(dòng)勢(shì)——溫差電動(dòng)勢(shì).自然，p型半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)的方向是從低溫端指向高溫端（塞貝克系數(shù)為正），相反，n型半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)的方向是高溫端指向低溫端（塞貝克系數(shù)為負(fù)），因此利用溫差電動(dòng)勢(shì)的方向即可判斷半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型.可見(jiàn)，在有溫度差的半導(dǎo)體中，即存在電場(chǎng)，因此這時(shí)半導(dǎo)體的能帶是傾斜的，并且其中的Fermi能級(jí)也是傾斜的；兩端Fermi能級(jí)的差就等于溫差電動(dòng)勢(shì).實(shí)際上，影響塞貝克效應(yīng)的因素還有兩個(gè)：第一個(gè)因素是載流子的能量和速度.因?yàn)闊岫撕屠涠说妮d流子能量不同，這實(shí)際上就反映了半導(dǎo)體Fermi能級(jí)在兩端存在差異，因此這種作用也會(huì)對(duì)溫差電動(dòng)勢(shì)造成

8、影響——增強(qiáng)塞貝克效應(yīng).