塞贝克效应

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料的优值系数，才达到相当水平，得到大规模的应用，也就是我们现在的半导体致冷器件。

中国在半导体致冷技术开始于50年代末60年代初，当时在国际上也是比较早的研究单位之一，60年代中期，半导体材料的性能达到了国际水平，60年代末至80年代初是我国半导体致冷器技术发展的一个台阶。在此期间，一方面半导体致冷材料的优值系数提高，另一方面拓宽其应用领域。中国科学院半导体研究所投入了大量的人力和物力，获得了半导体致冷器，因而才有了现在的半导体致冷器的生产及其两次产品的开发和应用。

致冷器的技术应用

半导体致冷器作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点：

1、不需要任何致冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体器件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。

2、半导体致冷器具有两种功能，既能致冷，又能加热，致冷效率一般不高，但致热效率很高，永远大于1。因此使用一个器件就可以代替分立的加热系统和致冷系统。

3、半导体致冷器是电流换能型器件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再

加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。

4、半导体致冷器热惯性非常小，致冷致热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，致冷器就能达到最大温差。

5、半导体致冷器的反向使用就是温差发电，半导体致冷器一般适用于中低温区发电。

6、半导体致冷器的单个致冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成致冷系统的话，功率就可以做的很大，因此致冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。

7、半导体致冷器的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。

通过以上分析，半导体温差电器件应用范围有：致冷、加热、发电，致冷和加热应用比较普遍，有以下几个方面：

1、军事方面：导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统。

2、医疗方面；冷力、冷合、白内障摘除器、血液分析仪等。

3、实验室装置方面：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪器。

4、专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。

5、日常生活方面：空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等