塞贝克效应(SEEBECK EFFECT)(doc 6)

塞贝克效应（SEEBECK EFFECT）

赛贝克效应简介

1821年，赛贝克发现，把两种不同的金属导体接成闭合电路时，如果把它的两个接点分别置于温度不同的两个环境中，则电路中就会有电流产生。这一现象称为塞贝克(Seebeck)效应，这样的电路叫做温差电偶，这种情况下产生电流的电动势叫做温差电动势。例如，铁与铜的冷接头为1℃，热接头处为100℃，则有5.2mV的温差电动势产生。

温差电池就是利用温度差异，使热能直接转化为电能的装置。温差电池的材料一般有金属和半导体两种。用金属制成的电池赛贝克效应较小，常用于测量温度、辐射强度等。这种电池一般把若干个温差电偶串联起来，把其中一头暴露于热源，另一个接点固定在一个特定温度环境中，这样产生的电动势等于各个电偶之和。再根据测量的电动势换算成温度或强度。例如，我们在日常生活中常用它来测量冶炼及热处理炉的高温。

用半导体制成的温差电池赛贝克效应较强，热能转化为电能的效率也较高，因此，可将多个这样的电池组成温差电堆，作为小功率电源。它的工作原理是，将两种不同类型的热电转换材料N型和P型半导体的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温时，由于高温端的热激发作用较强，空穴和电子浓度也比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差;如果将许多对P型和N型热电转换材料连接起来组成模块，就可得到足够高的电压,形成一个温差发电机。

温差电技术研究始于20世纪40年代，于20世纪60年代达到高峰，并成功地在航天器上实现了长时发电。当时美国能源部的空间与防御动力系统办公室给出鉴定称，“温差发电已被证明为性能可靠，维修少，可在极端恶劣环境下长时间工作的动力技术”。近几年来，温差发电机不仅在军事和高科技方面，而且在民用方面也表现出了良好的应用前景。

在远程空间探索方面，人们从上个世纪中叶以来不断将目标投向更远的星球，甚至是太阳系以外的远程空间，这些环境中太阳能电池很难发挥作用，而热源稳定，结构紧凑，性能可靠，寿命长的放射性同位素温差发电系统则成为理想的选择。因为一枚硬币大小的放射性同位素热源，就能提供长达20年以上的连续不断的电能，从而大大减轻了航天器的负载，这项技术已先后在阿波罗登月舱、先锋者、海盗、旅行者、伽利略和尤利西斯号宇宙飞船上得到使用。此外，据德国《科学画报》杂志报道，来自德国慕尼黑的一家芯片研发企业研究出的这种新型

电池，主要由一个可感应温差的硅芯片构成。当这种特殊的硅芯片正面“感受”到的温度较之背面温度具有一定温差时，其内部电子就会产生定向流动，从而产生微电流。负责研发这种电池的科学家温纳·韦伯介绍说，“只要在人体皮肤与衣服等之间有5℃的温差，就可以利用这种电池为一块普通的腕表提供足够的能量”。

虽然温差发电已有诸多应用,但长久以来受热电转换效率和较大成本的限制,温差电技术向工业和民用产业的普及受到很大制约。虽然最近几年随着能源与环境危机的日渐突出，以及一批高性能热电转换材料的开发成功，温差电技术的研究又重新成为热点，但突破的希望还是在于转换效率的稳定提高。可以设想一下，在温差电池技术成熟以后，我们的手机、笔记本电脑电池就可以利用身体与外界的温度差发电，而大大延长其使用时间。

塞贝克效应（SEEBECK EFFECT）

1821年，德国入赛贝克发现了当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温度，则在导体中产一个温差电动势：

V=a△T

式中:V为温差电动势

a为温差电动势率(赛贝克系数)

△T为接点之间的温差

1821年，赛贝克发现，把两种不同的金属导体接成闭合电路时，如果把它的两个接点分别置于温度不同的两个环境中，则电路中就会有电流产生。这一现象称为塞贝克(Seebeck)效应，这样的电路叫做温差电偶，这种情况下产生电流的电动势叫做温差电动势。例如，铁与铜的冷接头为1℃，热接头处为100℃，则有5.2毫伏的温差电动势产生。

塞贝克效应用途很广泛，在生产、科学研究及日常生活中温差电偶常被用来测量温度（如冶炼及热处理炉的高温）、辐射强度、电流等物理量。

如果把若干个温差电偶串联起来，把奇数点接头暴露于热源，偶数接点固定在一个特定温度环境中。这样产生的电动势等于各个电偶之和。这种装置叫做温差电堆。把奇数接头涂黑，借以完全吸收外来的辐射（可见光、红外线等），温差堆的另一端（偶数接头处）保持一定温度，在辐射的作用下，涂黑的一端接收了辐射而温度升高，从而产生温差电动势。

建立起温差电动势与辐射强度的对应关系，那么就可以利用温度差电堆来测量辐射强度。如果把这种装置放在真空中，会提高它的灵敏度。

如果把很多温差电偶适当联接起来，就能构成一个能产生几伏特电动势和几安培电流的电池组。但是这种电池组的效率是很低的，温差电池组是消耗热能而产生电流的，其最高效率仅为0.1％，所以不能用来做电源。现代用半导体教材制成的温差电偶的串联起来，可以组成能供应较大电流和电压的半导体温差发电机，足够满足收音机和小型电子设备的需要，有很大实用价值。

1834年珀耳贴(Peltier)发现了塞贝克效应的逆效应，当电流通过由两种不同金属相接而成的导体时，在两种金属导体上除了产生与电流方向完全无关的焦耳热以外，还在接触点发生与电流方向有关的热量的放出或吸收。这种由于电流通过不同导体的接触点而发生放热或吸热的现象称为帕尔效应。用半导体制成的帕尔贴效应装置具有广阔的应用前景。把温差电堆的冷接点放在冰箱内，热接点放在箱外，并通过一定电流，则内部冷接点吸收热量再由外部热点放出。这样做成的致冷器可以获得105℃的温度差，而且具有耗电省，寿命长、易控制、无污染等优点。如果使电流反向，结果则相反，外部接点变冷，内部接点变热。

珀尔帖效应（PELTIER EFFECT）

一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的效应，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定。

Qл=л.I л=aTc

式中：Qπ 为放热或吸热功率

π为比例系数，称为珀尔帖系数

I为工作电流

a为温差电动势率

Tc为冷接点温度

汤姆逊效应（THOMSON EFFECT）

当电流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放出或吸收热量，在温差为△T的导体两点之间，其放热量或吸热量为：

Qτ=τ.I.△T

Qτ为放热或吸热功率

τ为汤姆逊系数

I为工作电流

△T为温度梯度

以上的理论直到本世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于一九五四年发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的致冷效果，这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差致冷中半导体材料的一种主要成份。

约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代半导体致冷材