珀耳帖效應

珀耳帖效應

珀耳帖效應是指當有電流通過不同的導體組成的迴路時,除產生不可逆的焦耳熱外,在不同導體的接頭處隨著電流方向的不同會分別出現吸熱、放熱現象。這是J.C.A.珀耳帖在1834年發現的。如果電流通過導線由導體1流嚮導體2,則在單位時間內,導體1處單位面積吸收的熱量與通過導體1處的電流密度成正比。 簡單可以理解為:外加電場作用下,電子發生定向運動,將一部分內能帶到電場另一端。

簡介

珀耳帖效應圖示 珀耳帖效應圖示

當有電流通過不同的導體組成的迴路時,除產生不可逆的焦耳熱外,在不同導體的接頭處隨著電流方向的不同會分別出現吸熱、放熱現象。這是J.C.A.珀耳帖在1834年發現的。電荷載體在導體中運動形成電流。由於電荷載體在不同的材料中處於不同的能級,當它從高能級向低能級運動時,便釋放出多餘的能量;相反,從低能級向高能級運動時,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。這一效應是可逆的,如果電流方向反過來,吸熱便轉變成放熱 。

效應的發現

1834年法國科學家珀爾貼發現了熱電致冷和致熱現象-即溫差電效應。由N、P型材料組成一對熱電偶, 當熱電偶通入直流電流後,因直流電通入的方向不同, 將在電偶結點處產生吸熱和放熱現象,稱這種現象為珀爾帖效應。

半導體製冷器

半導體製冷器,也叫熱電製冷器或溫差製冷器,它採用了帕爾貼效應 。

塞貝克效應

如果兩種不同的導體連線成迴路,且兩接頭的溫度T1和T2不同時,則迴路中產生電動勢,會有電流出現。此現象是T.J.塞貝克在1821年發現的。溫差電動勢與兩接頭的溫度勢及兩種材料的性質有關,可用溫差電動勢率S12,即單位溫差產生的電動勢來描述這一效應。

湯姆孫效應

1856年W.湯姆孫(即開爾文)用熱力學分析上述兩種溫差電效應時指出,還應有第三種溫差電現象存在。後來有人在實驗上發現,如果在存在溫度梯度的均勻導體中通有電流時,導體中除了產生不可逆的焦耳熱外,還要吸收或放出一定的熱量,這一現象定名為湯姆孫效應。在單位時間和單位體積內吸收或放出的熱量與電流密度j及溫度梯度成正比 。

三種效應的關係

溫差電現象:在固態或液態導體中,利用三種相互關聯的現象:塞貝克效應、珀耳帖效應和湯姆孫效應(包括磁場對每個效應的影響),把內能直接轉換成電能(或其逆過程)的現象。

這三種熱電現象都是可逆的。

在半導體中同樣存在著上述三種溫差電現象,而且效應比金屬導體中顯著得多。如金屬中溫差電動勢率約為0~10微伏/攝氏度之間,在半導體中常為幾百微狀/攝氏度,甚至達到幾毫伏/攝氏度。因此金屬中的塞貝克效應主要用於溫差電偶(用作溫度計);而半導體可用於溫差發電。珀耳帖效應可用於致冷。一級致冷,溫差可達50~60°C;二級致冷可達70~80°C;三級致冷可達90~100°C。由於低溫下材料的致冷性能變差,所以一般只作到三級左右 。

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