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温差電

鎖定
温差電是一種差電現象(thermoelectric phenomena),導體中發生的熱能和電能間的可逆轉換現象。
兩種不同導體聯接成閉合迴路,如果兩個接點處有温度差,在迴路中將產生所謂温差電動勢。這樣組成的迴路稱為温差電偶或熱電偶。反過來,當電流流過上述閉合迴路時,接點處將分別放出或吸收熱量。這種現象稱為珀爾帖效應。 [1] 
中文名
温差電
外文名
thermoelectric phenomena
別    名
熱電偶
詞    性
專有名詞

温差電術語簡介

亦稱熱電效應。兩種不同導體或導電類型不同的半導體按附圖聯接時,如兩結點的温度不同而在兩結點間產生電動勢的現象。1821年由德國物理學家塞貝克首先發現,故又名塞貝克現象。
温差電偶 温差電偶
兩端相接產生的電流稱温差電流(舊稱熱電流)。在温差電現象中,金屬(或半導體)的性質可排成序列,稱温差電序(舊稱熱電序)。從序列中任取兩種金屬製成温差電元件時,在温度高的結點電流從序列前位的金屬流向序列後位的金屬。幾種常見金屬的温差電序如下:
鉍—鎳—鈷—鉀—銣—鈣—鈀—鈉—汞—鉑—鉭—鋁—錳—鉛—錫—銫—鎢—鉈—銦—銥—銀—錸—銅—金—鎘—鋅—鉬—鈰—鋰—鐵—銻—鍺—碲—硒
金屬的温差電效應較小,常用以對温度的測量和控制(如温差電偶温度計);半導體的温差電效應較大,可用以製造温差發電器。1834年法 國科學家珀耳帖發現,如有電流流過上述閉合 電路,則在一結點處會變冷(放熱),另一結點處 會變熱(吸熱),這種現象稱為珀耳帖效應。半 導體的珀耳帖效應比較顯著,可用來製造致冷器。

温差電主要分類

具有顯著温差電效應的材料。在固態或液態導體中存在三種不同温差電效應:塞貝克效應、珀耳帖效應和湯 姆森效應。有不同效應的材料可具有 不同用途。

温差電塞貝克效應

為把兩種不同導體連接成閉合迴路,若其兩個結點的温度(T1和T2)不同時,迴路中就產生電流的現象。引起電流產生的電動勢稱温差電動勢

温差電珀耳帖效應

為塞 貝克效應的逆效應,即當電流通過兩 種不同導體組成的迴路時,其中一結 點處吸熱,而另一結點處放熱。

温差電湯姆森效應

是當電流通過有温度梯度的均勻導體時,導體中除了不可逆焦耳熱外, 還要吸收或放出一點熱量。利用塞貝克效應可對輻射能量進行測定,製成 絲狀温差電偶和將若干對電偶串聯組成温差電堆,已廣泛用於光譜、遙感和 激光等技術領域。

温差電温差電材料

温差電偶材料有銀 和鉍、錳和銅鎳合金、銅和銅鎳合金、 鉍和鉍錫合金等。用若干對温差電偶串聯(或並聯)還可製成温差發電器 [2] 
温差電 温差電
製作温差發電器要求其熱冷結點温度 (Tb、Tc)間差值儘可能增大,温差電材料的品質因素Z(為温差電動勢率、 電導率和熱導率的函數)儘量高。
不同温度下的最佳温差發電材料不同: 300℃以下P型為Bi2Te3-Sb2Te3;N 型為Bi2Te3-Bi2Se3; 300~600℃下有 PbTe、PbTe-SnTe、PbTe-PbSe、GeTe 及AgSbTe等;600~1000℃下有 GeSi合金和MnTe等。
温差發電器可利用固、液、氣態燃料及太陽能、核能、 廢能等多種能源,適用作衞星、海上燈塔等的電源。利用珀耳帖效應可製作温差電致電器。目前所用材料均為半導體,性能最好的為以Bi2Te3為基的固溶體材料。
半導體致冷器無機械轉動部件、無致冷劑、無噪音、可小型化, 且改變電流方向變致冷為加熱,是理想的無污染致冷器,可用於冰箱、冷藏箱、冷飲器、冷熱箱及科學測試儀器中降温和醫學設備中冷凍。

温差電具體應用

温差電偶又稱熱電偶,是通過測量温差電動勢來測量温度的重要器件。實驗和理論證明,若在兩種金屬A和B間串接第三種金屬導體C,且C的兩端保持同一温度T0,則温差電動勢與C的材料無關,這一特性使温差電偶便於同其他測量儀器(如電位差計)相連以測定電動勢。
温差電偶的測温範圍很廣,可在-200~2000℃範圍內使用,從液態空氣的低温到鍊鋼爐中的高温均可用温差電偶測定。温差電偶的測温靈敏度和準確度很高,可達10-3K以下,特別是鉑和銠的合金製成的温差電偶穩定性很高,常用作標準温度計。
温差電偶的測温端的面積和熱容量均很小,可測量小範圍內的温度或微小熱量,這對研究金相變化、化學反應和小生物體的測温等有重要意義。
將温差電偶的測温端封裝在真空管內,並在端點焊上塗黑的金屬片,可更有效地吸收輻射熱,靈敏度也大大提高,是測定光輻射和紅外線的重要檢測器件。把許多温差電偶串接起來成為温差電堆,可增大温差電動勢,從而提高測温靈敏度。
參考資料
  • 1.    中國百科大辭典編委會.中國百科大辭典.北京:華廈出版社,1990:863
  • 2.    李恆德.現代材料科學與工程辭典.濟南:山東科學技術出版社,2001:658