熱電現象

温差電效應是由於不同種類固體的相互接觸而發生的熱電現象。它主要有三種效應：塞貝克（Seebeck）效應、佩爾捷（Peltier）效應與湯姆孫（Thomson）效應。

（1）塞貝克效應 若將導體（或半導體）A和B的兩端相互緊密接觸組成環路，若在兩聯接處保持不同温度T1與T2，則在環路中將由於温度差而產生温差電動勢。在環路中流過的電流稱為温差電流，這種由兩種物理性質均勻的導體（或半導體）組成的上述裝置稱為温差電偶（或熱電偶），這是法國科學家塞貝克1821年發現的。後來發現，温差電動勢還有如下兩個基本性質：

①中間温度規律，即温差電動勢僅與兩結點温度有關，與兩結點之間導線的温度無關。

②中間金屬規律，即由A、B導體接觸形成的温差電動勢與兩結點間是否接入第三種金屬C無關。只要兩結點温度T1、T2相等，則兩結點間的温差電動勢也相等。正是由於①、②這兩點性質，温差電現象如今才會被廣泛應用。

（2）佩爾捷效應 1834年佩爾捷發現，電流通過不同金屬的結點時，在結點處有吸放熱量Qp的現象。吸熱還是放熱由電流方向確定，Qp稱為佩爾捷熱。其產生的速率與所通過的電流強度成正比，其中Π12稱佩爾捷係數，其大小等於在結點上每通過單位電流時所吸放的熱量。電流通過兩種不同金屬構成的結點時會吸放熱的原因是在結點處集結了一個佩爾捷電動熱，佩爾捷熱正是這電動勢對電流做正功或負功時所吸放的熱量。考慮到不同的金屬具有不同的電子濃度和費米能EF，兩金屬接觸後在結點處要引起不等量的電子擴散，致使在結點處兩金屬間建立了電場，因而建立了電勢差（當然，上述解釋僅考慮了產生温差電現象的某一方面因素，實際情況要複雜得多）。由此可見，佩爾捷電動勢應是温度的函數，不同結的佩爾捷電動勢對温度的依賴關係也可不同。上述觀點也能用來解釋當電流反向時，兩結對佩爾捷熱的吸放應倒過來，因而是可逆的。一般金屬結的佩爾捷電勢為μV量級，而半導體結可比它大數個量級。

（3）湯姆孫效應 1856年W·湯姆孫（即開爾文）用熱力學分析了塞貝克效應和佩爾捷效應後預言還應有第三種温差電現象存在。後來有人從實驗上發現，如果在存在有温度梯度的均勻導體中通過電流時，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，所吸放的熱量稱為湯姆孫熱。湯姆孫熱與佩爾捷熱的區別是，前者是沿導體（或半導體）作分佈式吸放熱，後者在結點上吸放熱。湯姆孫熱也是可逆的，但測量湯姆孫熱比測量佩爾捷熱困難得多，因為要把湯姆孫熱與焦耳熱區分開來較為困難。

賽貝克發現的熱電現象是物理學上的一個重要成果。它導致了熱電偶的出現及在工業上的廣泛應用。隨着科學技術的迅速發展，人們對熱電現象的認識逐步加深，使熱電偶的應用和研究已經超出了有關理論的闡述範圍，由於現行理論不利於繼續深入研究熱電現象及其本質，所以，有必要對熱電偶理論進行修正和完善 ^[1]  。

現在流行的熱電偶定義有兩種，一種是傳統的熱電偶定義。即用兩根不同種類的金屬芯線構成電路，在接點處温度有變化時，在電路中將產生温差電動勢，這種現象叫作賽貝克效應(温差電動勢效應)利用這個效應制成的温度傳感器就是熱電偶 ^[1]  。

第二種定義就是根據近年來對熱電偶的研究成果，將熱電偶定義擴展為，由兩種不同導體組成閉合迴路，當兩個接點温度不同時，迴路中將產生電勢，該電勢的方向和大小，取決於導體的材料和兩個接點的温度差別，這個現象即稱為物體的“熱電效應”，兩種導體所組成的迴路稱為“熱電偶 ^[1]  。

其定律為由一種均勻導體組成的閉合迴路，不論導體的截面和長度如何，以及各處的温度分佈如何，都不能產生熱電勢 ^[1]  。

其結論為，如果熱電偶兩電極材料相同，則雖兩端温度不同(T筍T。)，但總輸出電勢仍為零，因此，必須由兩種不同的材料才能構成熱電偶 ^[1]  。