课件材料的热电性质.ppt
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三个基本热电效应
一 帕耳帖效应 二 汤姆逊效应 三 塞贝克效应
一 帕耳帖效应
1 定义：
将铜、铋两根金属丝的端点互相连接（A,B处）成为一闭合回 路。将两根铋丝分别接到直流电源的正、负极上，通电后发 现A接头变冷，吸热效应；B接头变热，发生了放热效应，
这个现象称为帕尔帖效应
2 分析原因：
不同的金属，电子状态不同， 铜铋接触时，电子从1→2， 1中电子减少，2中电子增多。 1电位为正，2电位为负。 这样不同金属的接触面处产生的电势称接触电势差（V12）
二 汤姆逊效应
1 定义：
当金属导线两端，温度不同，通过电流，发现，若电流方向与 热端方向一致时产生放热，反之吸热。这就是汤姆逊效应。
T1 + + ++ ++
I ++ ++
T2 + +
T1> T2
2 分析原因：
金属两端存在温差：T1 高 温 T2 低 温
高温电子动能大，低温电子动能小， 电子将从T1 扩 散T2， 并在T2处堆 积从而在金属到体内出现电势差，
准确性高，成本高
<50 ℃无电势 电势大，线性好
-270 ~ -250 ℃
灵敏度高
应用 精密测温、标准
科学研究 氧化、中性气体
火灾报警 各种场合 各种场合、常用 各种场合
低温
低温
称为温差电势差 V(T1,T2）
T1
++ ++ ++ ++ ++ ++
T2
V(T1,T2)
温差电势原理图
外加电流与V(T1,T2)同向 电子从T2 T1被V(T1,T2)加速 在与金属离子碰撞中传给金属离 子能量，使整个金属能量升高， 放出热量。
T1
++ ++ ++ I ++ ++ ++
T2
V(T1,T2)
回路中接通电流时，一个接点变热，一个接点变冷。如果 改变电流方向，则两个接点处的冷热作用互易，即：原来的 热接点变成冷接点，原来的冷接点变成热接点。
• 热电制冷器它不需要一定的工质循环来实现能量转换， 没有任何运动部件。热电制冷的效率低，半导体材料的 价格又很高，而且，由于必须使用直流电源，变压和整 流装置往往不可避免，从而增加了电堆以外的附加体积。 所以热电制冷不宜大规模和大冷量便用。但由于它的灵 活性强，简单方便，使用可靠，冷热切换容易，非常适 宜于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场所。例如，为 空间飞行器上的科学仪器、电子仪器、医疗器械中需要 冷却的部位提供冷源等。
1
T1
T2
2
2 分析原因：
V1(T1,T2) 1
V12(T-1)
T1
T2
V12(T2)
2
Байду номын сангаас
V2(T1,T2)
帕尔帖效应——两金属接触产生接触电势差
V12(T1)， V12(T2) 汤姆逊效应——存在温差的金属两端产生温差电势差
V1(T1,T2)， V1(T1,T2)
V1(T1,T2) 1
V12(T-1)
++ ++
1
V12
++ ++
↓e
++ 2
++
A处： 通电后，外加电场使电子移动形成电子电流,接触电势差V12 将阻碍电子的运动，电子动能减小，减速的电子与金属离子 碰撞，从金属原子那里获得能量，金属 离子能量减小，从而 使该处温度降低，变冷，须从外界吸热。
e
V12
V12
e
e
V12
V12
e
B处： 通电后，接触电势差V12将加速电子的运动，电子动能增加， 加速的电子与金属离子碰撞，把获得的动能交给金属原子， 金属离子能量增加，从而B处温度增加，变热，须放热。
➢不同材料具有不同的αβ ➢同种材料温差变化，热电势变化
塞贝克效应的应用——用于温度测量的热电偶
常用热电偶材料
材料
铂铹10 铱铹10 铱铹40 镍铁
纯铂 纯铱 铂铹40 镍铜
镍铬
康铜
镍铬
镍硅
铜
康铜
镍铬
金铁
铜
金铁
测温范围
特点
0 ~ 1000 ℃ 0 ~ 2100 ℃ 0 ~ 1900 ℃ 50 ~ 500 ℃ -200 ~ 900 ℃ -50 ~ 1300 ℃ -200 ~ 400 ℃ -270 ~ 10 ℃
外加电流与V(T1,T2)反向 电子从T1 T2被V(T1,T2)减速 在与金属离子碰撞中获得来自金 属离子的能量，使整个金属能量 降低，吸收热量。
T1
++ ++ ++ I ++ ++ ++
T2
V(T1,T2)
三 塞贝克效应
1 定义：
把两种不同的金属导体1，2组成闭合回路，两接点分别置 于T1和T2（设T1＞T2）两不同温度时，则在回路中就会产 生热电势，形成回路电流。这种现象称塞贝克效应。
T1
T2
2 V2(T1,T2)
V12(T2)
热电势： 1 ( T 1 , 2 T 2 ) V 1 ( T 1 ) 2 V 1 ( T 2 ) 2 V 1 ( T 1 , T 2 ) V 2 ( T 1 , T 2 )
热电势与温差有关，一般表达式
1(T 2 1 ,T 2 ) a (T 1 T 2 ) 1 2(T 1 T 2 )2
帕尔帖效应的应用——制冷
热电效应的大小主要取决于两种材料的热电势。 纯金属材料的导电性好，导热性也好。用两种金属 材料组成回路，其热电势小，热电效应很弱，制冷 效果不明显(制冷效率不到1%)。
半导体材料具有较高的热电势，可以成功地用来 做成小型热电制冷器。
热电制冷元件
图示出N型半导体和P型半导体构成的热电偶制冷元件。用 铜板和铜导线将N型半导体和P型半导体连接成一个回路， 铜板和铜导线只起导电的作用。
一 帕耳帖效应 二 汤姆逊效应 三 塞贝克效应
一 帕耳帖效应
1 定义：
将铜、铋两根金属丝的端点互相连接（A,B处）成为一闭合回 路。将两根铋丝分别接到直流电源的正、负极上，通电后发 现A接头变冷，吸热效应；B接头变热，发生了放热效应，
这个现象称为帕尔帖效应
2 分析原因：
不同的金属，电子状态不同， 铜铋接触时，电子从1→2， 1中电子减少，2中电子增多。 1电位为正，2电位为负。 这样不同金属的接触面处产生的电势称接触电势差（V12）
二 汤姆逊效应
1 定义：
当金属导线两端，温度不同，通过电流，发现，若电流方向与 热端方向一致时产生放热，反之吸热。这就是汤姆逊效应。
T1 + + ++ ++
I ++ ++
T2 + +
T1> T2
2 分析原因：
金属两端存在温差：T1 高 温 T2 低 温
高温电子动能大，低温电子动能小， 电子将从T1 扩 散T2， 并在T2处堆 积从而在金属到体内出现电势差，
准确性高，成本高
<50 ℃无电势 电势大，线性好
-270 ~ -250 ℃
灵敏度高
应用 精密测温、标准
科学研究 氧化、中性气体
火灾报警 各种场合 各种场合、常用 各种场合
低温
低温
称为温差电势差 V(T1,T2）
T1
++ ++ ++ ++ ++ ++
T2
V(T1,T2)
温差电势原理图
外加电流与V(T1,T2)同向 电子从T2 T1被V(T1,T2)加速 在与金属离子碰撞中传给金属离 子能量，使整个金属能量升高， 放出热量。
T1
++ ++ ++ I ++ ++ ++
T2
V(T1,T2)
回路中接通电流时，一个接点变热，一个接点变冷。如果 改变电流方向，则两个接点处的冷热作用互易，即：原来的 热接点变成冷接点，原来的冷接点变成热接点。
• 热电制冷器它不需要一定的工质循环来实现能量转换， 没有任何运动部件。热电制冷的效率低，半导体材料的 价格又很高，而且，由于必须使用直流电源，变压和整 流装置往往不可避免，从而增加了电堆以外的附加体积。 所以热电制冷不宜大规模和大冷量便用。但由于它的灵 活性强，简单方便，使用可靠，冷热切换容易，非常适 宜于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场所。例如，为 空间飞行器上的科学仪器、电子仪器、医疗器械中需要 冷却的部位提供冷源等。
1
T1
T2
2
2 分析原因：
V1(T1,T2) 1
V12(T-1)
T1
T2
V12(T2)
2
Байду номын сангаас
V2(T1,T2)
帕尔帖效应——两金属接触产生接触电势差
V12(T1)， V12(T2) 汤姆逊效应——存在温差的金属两端产生温差电势差
V1(T1,T2)， V1(T1,T2)
V1(T1,T2) 1
V12(T-1)
++ ++
1
V12
++ ++
↓e
++ 2
++
A处： 通电后，外加电场使电子移动形成电子电流,接触电势差V12 将阻碍电子的运动，电子动能减小，减速的电子与金属离子 碰撞，从金属原子那里获得能量，金属 离子能量减小，从而 使该处温度降低，变冷，须从外界吸热。
e
V12
V12
e
e
V12
V12
e
B处： 通电后，接触电势差V12将加速电子的运动，电子动能增加， 加速的电子与金属离子碰撞，把获得的动能交给金属原子， 金属离子能量增加，从而B处温度增加，变热，须放热。
➢不同材料具有不同的αβ ➢同种材料温差变化，热电势变化
塞贝克效应的应用——用于温度测量的热电偶
常用热电偶材料
材料
铂铹10 铱铹10 铱铹40 镍铁
纯铂 纯铱 铂铹40 镍铜
镍铬
康铜
镍铬
镍硅
铜
康铜
镍铬
金铁
铜
金铁
测温范围
特点
0 ~ 1000 ℃ 0 ~ 2100 ℃ 0 ~ 1900 ℃ 50 ~ 500 ℃ -200 ~ 900 ℃ -50 ~ 1300 ℃ -200 ~ 400 ℃ -270 ~ 10 ℃
外加电流与V(T1,T2)反向 电子从T1 T2被V(T1,T2)减速 在与金属离子碰撞中获得来自金 属离子的能量，使整个金属能量 降低，吸收热量。
T1
++ ++ ++ I ++ ++ ++
T2
V(T1,T2)
三 塞贝克效应
1 定义：
把两种不同的金属导体1，2组成闭合回路，两接点分别置 于T1和T2（设T1＞T2）两不同温度时，则在回路中就会产 生热电势，形成回路电流。这种现象称塞贝克效应。
T1
T2
2 V2(T1,T2)
V12(T2)
热电势： 1 ( T 1 , 2 T 2 ) V 1 ( T 1 ) 2 V 1 ( T 2 ) 2 V 1 ( T 1 , T 2 ) V 2 ( T 1 , T 2 )
热电势与温差有关，一般表达式
1(T 2 1 ,T 2 ) a (T 1 T 2 ) 1 2(T 1 T 2 )2
帕尔帖效应的应用——制冷
热电效应的大小主要取决于两种材料的热电势。 纯金属材料的导电性好，导热性也好。用两种金属 材料组成回路，其热电势小，热电效应很弱，制冷 效果不明显(制冷效率不到1%)。
半导体材料具有较高的热电势，可以成功地用来 做成小型热电制冷器。
热电制冷元件
图示出N型半导体和P型半导体构成的热电偶制冷元件。用 铜板和铜导线将N型半导体和P型半导体连接成一个回路， 铜板和铜导线只起导电的作用。