正文
電熱效應(Electrothermal Effects)電熱效應指的是熱電體在絕熱條件下,當外加電場引起永久極化強度改變時,其溫度將發生變化的現象。它是熱釋電效應的逆效應。
原理
電介質中出現的熱電效應(見熱電性)的逆效應。熱電體的溫度變化時其極化強度會發生變化;另一方面如果在絕熱條件下施加外電場來改變熱電體的極化強度,則其溫度亦會發生變化;後者稱為電熱效應,類似於順磁體的絕熱去磁(見磁熱效應)。絕熱去磁是獲得1K以下低溫的重要方法,利用絕熱去極化也可以獲得致冷,目前用氯化鉀或氧化銣晶體摻雜,可獲得由1K附近到mK級致冷。與絕熱去磁相比,絕熱去極化因為不需要強磁場而只需電場,在技術設備上要簡單得多。由熱力學知在絕熱條件下施加於電介質的外電場改變ΔE時,其溫度變化
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式中P為熱電係數矢量,с為電場等於零時單位體積電介質的熱容量。在低溫下с隨T3減小很快,因此藉助於絕熱去極化獲得低溫的方法十分有效。常用材料有SrTiO3、玻璃陶瓷及有機熱電體如PVF及PVF2等。對於鐵電體,當其電滯回線具有較窄的形狀,即回線面積較小時能產生較大的電熱效應,但這類材料電熱效應都很小,例如:SrTiO3玻璃陶瓷,在10K時,ΔE為20kV/cm時,可獲得30mK的致冷。
其實極化率與溫度有關的所有電介質都存在電熱效應。現在初步證明,有可能利用鐵電體的電熱效應得到功率密度很高的熱電換能,例如在60赫的電頻率下,功率密度達106兆瓦/米2。
電熱效應與焦耳效應不同
電熱效應與焦耳效應不同。後者是物體中通過電流時引起溫度變化的現象,是不可逆的;而前者是外加電場引起熱電體的溫度變化,是可逆或部分可逆的。但當焦耳效應同電熱效應同時存在時,前者可能淹沒後者。為此,目前的技術水平只能限制在高電阻率的絕緣材料中套用電熱效應。在相變溫度附近,電熱效應最強。例如:鐵電磷酸二氫鉀(KDP)在其居里點以上1℃左右環境中,當電場強度達到102kV/m時,其溫度變化可達0.1℃。