温差电现象及其应用温差发电机
温差电技术及其应用
温差电致冷器件的进展 及其应用
温差电致冷的特点
温差电致冷组件是利用珀尔帖效应工作的热泵，可用 于致冷,也可以致热。 它是一种没有转动部件的固态器 件，寿命长，工作时无噪声，又不会释放有害物质（如 氟氯烃），能在任意角度安装运行，调节电压或电流时 可以精确控制温度。由于它具有的一系列优点，在国防、 工业、农业、科学研究各领域都得到了广泛的应用。
应用：浮标、声呐，等。
烧油的温差发电器
500W燃油温差发电器
Global公司的燃气温差发电器
8550型温差发电器
5120型温差发电器
应用：输气管线阴极保护、微波中继站等。
俄罗斯BIAPOS公司的 燃气温差发电器
CATEG-HG -90\24
性能参数：
功率：90 W 额定电压：24 V 寿命：10 年
很早就有人开始利用塞贝克效应来测量温度。这就是 我们常用的热电偶。
十九世纪末就有人提出利用温差电效应发电的问题。 1911年德国人阿登克希提出了温差发电和温差电致冷理 论，并得到了温差电器件基本参量的热力学公式。但是， 长期以来由于在技术上没有找到一种有效的可供发电或 致冷的材料，因此，没有付诸现实。
光电子器件应用的致冷组件
红外探测器致冷
光电子器件应用的致冷组件
温差电致冷红外热像
DNA复制仪器
消费类温差电致冷应用产品
冷藏箱
啤酒机 红酒柜
用途：光电子学
激光二极管（光通讯等） CCD摄像机 红外探测器 光电倍增管 其它红外分析仪器 红外定标源 标准黑体
用途：电子器件和工业
Amerigon
Amerigon 收购了德國上市企業——汽車熱控制和電 子元件公司 W.E.T. Automotive Systems AG（威意特汽 車系統股份公司）。
温差发电片的应用领域
(200-温差发电片、温差发电机、半导体温差发电技术专利资料1、半导体温差发电装置的研制温差发电是一种绿色环保的能源技术。
这种全固态能量转换方式无噪音、 无磨损、无污染物排放、体积小、重量轻、携带方便、使用寿命长、无需人工 维护。
基于上述优点，该项技术在国外已广泛应用于航天和军事等领域。
我国 的温差电研究在致冷方面的应用比较成熟，而在发电方面的进展相对缓慢。
本 文基于塞贝克效应设计了一种在实验室中实现的低温差的发电实验，对比实验 中不同温差、不同冷却情况的输出电能，给出单个发电模块和两个发电模块串 联的输出电压与温差对应关系，简化计算了功率输出状况，指出单个发电组件 的模 共 50 页2、半导体温差发电模块热分析与优化设计对半导体温差发电模块的实际传热模型进行了分析，得到了模型中的内、 外热阻分布情况，特别对接触热阻对模块的影响进行了分析。
对模块稳态和非 稳态温差发电过程进行了热分析，得出了稳态发电过程中电偶臂内的温度分布 和非稳态发电过程中电偶臂内的温度和温差电流随时间的变化，并分析了内部 和外部因素对非稳态发电过程的影响，比如接触因素、热源、热沉换热系数、 环境温度、电偶臂长和截面积等。
还对半导体温差发电模块进行 ........................................ 58页3、集热式太阳能温差发电装置的研究温差发电技术是一种将热能直接转换为电能的环保能源技术，在发电过程 中无噪音、无污染物排放、体积小、重量轻等优点。
随着热电材料的迅速发展 以及性能的提高，已经开始从军事航天领域向民用和工业应用方面普及。
本课 题中，采用ANS 丫锹件，研究温差发电元件的性能，并仿真优化在中温区 400 C ）有较高热电转换效率的分段温差电元件。
在此基础上，利用太阳能热作 为温差发电的热源，研制一套集热式太阳能温差发电装置，主要包括 .................................. 共 48 页4、LNG 冷能利用与低温半导体温差发电研究设计并建立了一套利用LNG 低温冷能温差发电并联合电解水制氢的实验装 置。
汽车发动机余热温差发电
汽车发动机余热温差发电摘要：随社会现代化的发展，能源紧缺现象日趋严重，车辆消耗的能源与日俱增，为提高汽车燃油效率以优化能源利用和保护环境，提出利用汽车尾气余热进行温差发电。
设想可以将纳米技术应用到此技术中，应该能提高利用率，减少能源浪费。
重点介绍温差发电基本原理及采用半导体热电元件的温差发电，包括对半导体材料的要求。
对热电转换材料性能特点及研究发展做了简单介绍。
关键词：温差发电；热电转换材料；塞贝克效应；应用引言：以现有内燃机指标评估，燃油中60﹪左右的能量没有得到有效利用，绝大部分以余热的形式排放到大气中，这部分废气温度约在900K～1100K[1]，造成经济损失和环境污染。
因此，基于塞贝克效应的理论，将温差发电器安装在汽车内燃机的排气管上，能将内燃机运行时排出的余热直接转化成电能，实现最大限度的挖掘现有能源，带来可观的经济效益。
还可以降低温度使排气压力减少有助于汽车噪声电平下降。
从目前研究成果来看，此技术存在着效率低、成本高、结构不紧密等缺点还未能应用到实际当中。
但由于热电器件的系列优点，如无移动部件、无工作噪声、无污染、无震颤等使得热电材料与器件在此技术上得到了大力研究。
1温差发电1.1温差发电原理温差发电是利用两种连接起来的半导体的塞贝克效应，将热能转化成电能的一种技术。
半导体温差发电的原理如图1，它由P、N 两种类型不同的半导体温差电材料经电导率较高的导流片串联并将导流片固定于陶瓷片上而成。
在器件的两端建立一个温差, 使器件高温端保持T2，低温端保持T1，根据塞贝克效应，这样器件高温侧就会向低温侧传导热能并产生热流，即热能从高温侧流入器件内，通过器件将热能从低温侧排出时，流入器件的一部分热能不放热，并在器件内变成电能，将产生一个电压，若在回路中接入负载电阻，则将有电流流过。
通过连接多个这样的器件串联便可获得较大的电压。
图1 温差发电原理图半导体分为两型：一种为n 型，里面有自由电子；一种叫p 型，里面有空穴，即是缺少一个电子的原子。
温差电现象及其应用
2. 温差电致冷
• 温差电致冷是利用珀 耳帖效应用电能来传 递热量。由于温差电 致冷所用的材料一般 为半导体材料，因而 温差电致冷常被称做 半导体致冷或电子致 冷。温差电致冷产品 的核心为温差电致冷 组件。致冷组件的外 表面一般为绝缘且导 热良好的氧化铝陶瓷。
• 半导体温差电制冷器是由N 型半导体和P 型半导 体构成的温差电偶，用铜片把两个半导体连接起 来。电流I 由N 型半导体流向P 型半导体时，该接 头吸收珀耳帖热；在另一接头，电流由P 型半导 体流向N 型半导体，有热量释放出来。通过各种 散热方式把热端的热量带走，冷端就能保持较低 温度。在热平衡条件下，冷端所能达到的温度取 决于半导体材料的温差电特性和冷端的热负载以 及器件的设计（工作状态、散热条件等）。
• 半导体温差电制冷器 的制冷效率不随制冷 容量变化。当制冷容 量超过几十升时，其 效率比不上压缩式制 冷机的效率；但对小 容量制冷，它是相当 优越的，适用于做各 种小型恒温器以及要 求无声、无干扰、无 污染等特殊场合。
半导体珀耳帖效应示意图
• 温差电致冷器有很多优点。 它是一种没有 转动部件的固态器件，体积小、寿命长， 工作时无噪声，又不会释放有害物质（如 氟氯烃）；只要改变电流的方向，同一个 致冷器可用于致冷,也可以致热；它能在任 意角度安装运行，调节电压或电流就可以 精确控制温度。由于它具有这一系列优点， 在工业、农业、科学研究和国防等各领域 都得到了广泛的应用。
• 相比于太阳能电池, 放射性同位素温差发电系统不 仅具有寿命长和性能可靠的优点, 而且拥有诱人的 比体积和比重量. 尤利西斯号飞船如按照太阳能电 池进行结构设计, 其携带电池板的重量将达 550 kg, 是飞船自身重量的两倍, 对运载火箭来说难以 负荷. 而采用温差发电系统时, 发电机的重量只有 56 kg, 完全可以满足飞船在航行、通讯和科学仪 器使用方面的所有用电要求1). 图2为放射性同位 素温差发电系统的外形图, 图3为其剖面图.
2_温差电效应及应用
2_温差电效应及应用
温差电效应是指在两个不同温度的导体之间存在电势差的现象。
这种现象是由于不同温度下的电子能级不同，从而导致有电子在加热后容易被释放，初步解释高温下的电极活性增加、电阻率降低等现象。
温差电效应在实际应用中有很多用途，下面我们就来介绍一下几个常见的应用：
1.温度差计
温度差计是一种测量物体两个不同部位温度差异的仪器。
通过利用温差电效应，将两个导体连接在两个不同温度的区域上，就可以产生一定的电势差，并通过电路转换成读数。
常见的温度差计有热电偶、热敏电阻、热电阻等。
其中，热电偶是最常用的一种温度差计，它适用于大范围的温度测量，并且精度也比较高。
2.热电发电机
热电发电机利用温差电效应将热能转换成电能，可以用于一些小型的电力供应场合。
通常采用的是热电堆，将多个热电偶串联起来构成一个热电堆，当两端温度差异较大时就可以产生一定的电功率。
由于效率不高，热电发电机主要用于一些特殊场合，如航空航天、远程无线电测量等。
3.温差传感器
温差传感器是一种利用温差电效应来检测物体温度的传感器。
它通常包含两个热敏电阻，一个作为参考电阻，另一个则是受到温度影响的电阻，在两个电阻之间测量电压差，就可以得到物体的温度。
温差传感器具有响应速度快、精度高、结构简单等特点，并且可以用于多种环境中的温度测量。
总之，利用温差电效应进行测量和能量转换已经成为一种常见的方法，并且在多个实际应用场景中得到了广泛的应用。
冷热发电原理的应用
冷热发电原理的应用1. 冷热发电技术简介•冷热发电技术是一种利用温差来发电的新兴技术。
•它基于热力学原理，通过温差发电机或热电堆将温差能转化为电能。
•冷热发电技术有广泛的应用领域，如能源转换、环境保护、可持续发展等。
2. 冷热发电原理的基础知识•温差发电原理：利用两个温度差异较大的热源进行发电。
•热电效应：温差发电原理的核心是热电效应，它是指材料在不同温度下产生的电压差和电流的现象。
•Peltier效应：当电流通过两个不同温度的热电导材料时，会产生一侧冷却、一侧加热的效应。
3. 冷热发电的应用案例3.1. 温差发电机•温差发电机利用载热流体的温差来驱动发电机。
•它广泛应用于太阳能发电、核能发电、火力发电等领域。
•温差发电机的运转稳定，效率高，且对环境无污染。
3.2. 热电堆•热电堆是一种利用温差发电原理制作的微型发电装置。
•它主要应用于电子设备中的低功耗电源、传感器、微型热电设备等领域。
•热电堆具有体积小、重量轻、效率高等优点。
3.3. 冷热发电在能源转换中的应用•冷热发电技术在能源转换中具有巨大的潜力。
•它可以将废热、低温热源转化为有用的电能，提高能源利用效率。
•冷热发电技术可以应用于工业生产、汽车废热利用等领域。
3.4. 冷热发电在环境保护中的应用•冷热发电技术对环境的影响较小。
•它可以减少能源浪费和环境污染，促进可持续发展。
•冷热发电技术可以应用于环境监测、空调系统、废气回收等领域。
3.5. 冷热发电在可持续发展中的应用•冷热发电技术符合可持续发展的理念。
•它利用可再生能源和废热资源，减少非可再生能源的使用。
•冷热发电技术可以应用于城市能源供应、农村电力改造等项目。
4. 冷热发电技术的未来发展趋势•冷热发电技术在能源领域的应用前景广阔。
•随着技术的不断进步和成本的降低，冷热发电技术将得到更广泛的应用。
•未来，冷热发电技术有望成为清洁能源和可持续发展的重要组成部分。
5. 结论•冷热发电原理的应用有助于提高能源利用效率、保护环境和促进可持续发展。
温差发电原理
谢谢
Peltier 效应
当有电流通过金属-半导体接触的界面时， 将会发热或者致冷，这种热电现象就是 Peltier效应。 对珀尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导 体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的 材料中处于不同的能级，当它从高能级向低 能级运动时，便释放出多余的能量；相反， 从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。 能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或 放出。
优点及发展
热电转换材料直接将热能转化为电能，是一 种全固态能量转换方式，无需化学反应或流 体介质，因而在发电过程中具有无噪音、无 磨损、无介质泄漏、体积小、重量轻、移动 方便、使用寿命长等优点
在军用电池、远程空间探测器、远距离通讯 与导航、微电子等特殊应用领域具有“无可 替代”的地位。但由于造价昂贵目前无法工 业化普及。
基本介绍
温差发电是一种新型的发电方 式,具有清洁,无噪音污染和有害物 质排放,高效,寿命长,坚固,可靠性 高,稳定等一系列优点,符合绿色环 保要求,对国民经济的可持续发展 具有重要的战略意义.
发电原理
在P型(N型)半导体中,由于 热激发作用较强,高温端的 空穴(电子)浓度比低温端 大,在这种浓度梯度的驱动 下,空穴(电子)由于热扩散 作用,会从高温端向低温端 扩散,从而形成一种电势差。
如图所示将P型和N半导体的 热端相连,则在冷端可得到一个 电压,这样一个PN结就可以利用 高温热源与低温热源之间的温 差将热能直接转换成电能,将很 多个这样的PN结串连起来,就可 得到足够高的电压,成为一个温 差发电机,很显然这样的温差发 电机完全没有转动部分,因此非 常可靠。
三大基ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理论
1、Peltier 效应 2、Seebeck效应 3、Thomson效应
温差发电原理范文
温差发电原理范文温差发电是指通过温度差别产生电能的一种发电方式。
温差发电原理主要基于热力学的 Seebeck 效应和热电效应。
热电效应是通过水热循环效果来实现的。
具体来说，温差发电系统由高温燃烧器、低温燃烧器、热交换器和温差机组等组成。
高温燃烧器中燃烧燃料产生高温热能，低温燃烧器中燃烧燃料产生低温热能，通过热交换器将高温热能传递给低温热能。
热交换器中有一种称为工作流体的介质，它的温度会随着高温和低温热能的传递而变化，从而实现了温差发电。
Seebeck 效应是基于两个不同材料之间的热电势差产生电流的现象。
当两个不同材料的两个接触点处于不同的温度下时，会产生一个由净电荷形成的电场，从而产生电势差。
这个现象可以用一个简单的电路来表示，其中两个不同材料分别连接到一个外部负载电路，电荷从高温端流动到低温端，产生了一个电流，从而实现了温差发电。
温差发电的关键是选用适合的材料。
一种常用的材料是热电偶材料，它由两种不同的金属或半导体组成。
金属材料通常具有良好的导电性，而半导体材料具有较大的 Seebeck 系数，能够产生较大的电势差。
通过合理地选择和组合这些材料，可以实现高效的温差发电。
在实际应用中，温差发电技术可以被广泛应用于各种场景。
例如，在工业生产过程中产生的高温废热可以被利用来发电，从而提高能源利用效率。
此外，温差发电技术还可以被应用于太阳能、生物质能等新能源领域，实现可持续发展。
总的来说，温差发电是利用温度差别来产生电能的一种技术。
通过热力学的 Seebeck 效应和热电效应，可以将温度差别转化为电能。
温差发电技术具有广阔的应用前景，可以提高能源利用效率，促进可持续发展。
温差发电机原理
温差发电机原理 LELE was finally revised on the morning of December 16, 2020温差发电机原理分类： | 标签：2013-05-21 09:35 阅读(2858) 塞贝克效应和帕尔帖效应塞贝克效应（Seebeck effect）：不同的金属导体（或半导体）具有不同的自由电子密度（或载流子密度），当两种不同的金属导体相互接触时，在接触面上的电子就会由高浓度向低浓度扩散。
而电子的扩散速率与接触区的温度成正比，所以只要维持两金属间的温差，就能使电子持续扩散，在两块金属的另两个端点形成稳定的电压。
由此产生的电压通常每开尔文温差只有几微伏。
这种塞贝克效应通常应用于热电偶，用来直接测量温差。
一个温差发电电路由两种赛贝克系数不同的材料接触构成(比如P型半导体和N型半导体)。
如果没有负载，电路中不会有电流但是两端会有电动势，这时候它以检测温度的热电偶方式工作。
（图片来源：）帕尔贴效应是塞贝克效应的逆效应，当有电流通过不同的导体组成的回路时,除产生不可逆的焦耳热外,在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。
这是珀耳帖在1834年发现的。
简而言之，当在两种金属（或半导体）回路上施加电压通入电流后，不同金属的接触点会有一个温差。
利用塞贝克效应的热电制冷器电路图。
（图片来源：）帕尔贴效应常用于cpu散热器和袖珍冰箱里的半导体制冷片上。
通常使用时我们给制冷片施加电流，一面就会变热而另一面变冷。
但是这个效应也可以反过来：只要制冷片两端有温差就会产生电压。
温差发电依靠塞贝克效应，由于半导体温差电材料的效果比金属的高得多，所以有实用价值的温差电材料都是用半导体材料制成的。
帕尔贴器件是利用半导体的帕尔贴效应制冷的器件，实用的半导体制冷器由很多对热电元件经并联、串联组合而成，也称热电堆。
单级热电堆可得到大约60℃的温差。
热电堆也可根据塞贝克效应工作把热能（即内能）转化为电能进行温差发电。
温差电效应及其应用
20 卷第 1 期 (总 115 期)
· 21 ·
dQΠ dt
= Π12 J
，
式中 Π12 称为珀耳帖系数，与接头处材料的性质及 温度有关。这一效应是可逆的，如果电流方向反过
来，吸热便转变成放热。
汤姆孙效应 1856 年 W. 汤姆孙（即开尔文） 用热力学分析上述两种温差电效应时指出，还应有
第三种温差电效应存在。后来有人在实验上发现，
如果在存在温度梯度的均匀导体中通有电流时，导
后来有人在实验上发现如果在存在温度梯度的均匀导体中通有电流时导体中除产生不可逆的焦耳热外还要吸收或放出一定热量这一现象定名为汤姆孙效应
温差电效应及其应用
戴岩伟 戴晓明
金属和半导体中存在电位差时产生电流，存在 温差时产生热流。从电子论的观点来看，不论电流 还是热流都与电子运动有关，故电位差、温度差、
电流、热流之间会存在交叉关系，这就构成了温差
体中除产生不可逆的焦耳热外，还要吸收或放出一
定热量，这一现象定名为汤姆孙效应。在单位时间
和单位体积内吸收或放出的热量 dQ/dt 与电流密度 j 及温度梯度 dT/dl 成正比
dQ dt
=
−μ
L
j
dT dl
，
· 20 ·
式中 μL 称为汤姆孙 系数，与材料的性
质有关。这三种温
差电效应都是可逆
的。汤姆孙用热力学得出上述三种热电效应的输运
温差发电 温差发电是利用塞贝克效应把热能（即内能） 转化为电能。当一对温差电偶的两个接头处于不同 温度时，电偶两端就有一定电动势。要得到较大的 功率输出，实用上通常把若干对温差电偶串（或并） 联成为温差电堆。 用作温差发电机的温差电偶两臂可用一个 N 型 和一个 P 型半导体组成，也可用两种不同的金属合 金组成。然而温差电器件的特性取决于温差电材料 （即电偶两臂）的品质因数
发电机定子线棒温差大问题分析与总结
发电机定子线棒温差大问题分析与总结摘要发电机在长期运行过程中，会出现在定子线棒层间温度与对应线圈出水温度之间存在着过高的温度差的故障。
文章对该故障的发现，检测，测试，分析等作了较详尽的叙述。
分析结果表明，温差过大是由于定子冷却水管路堵塞等因素造成的，因此，在实际操作中，只要对定子线棒层间温差、出水温度等的变化趋势进行监测，必要时进行反冲洗，就能保证定子线棒的工作温度在一个平稳的范围内，就能保证发电机的正常、安全运转。
关键词：定子线棒；层间；出水；温差大1 定子线棒温度异常的检查与初步分析2019年以来，伊拉克华事德电站#4发电机运行过程中定子线棒#10、19、28引水管出水温差高的现象持续出现，如图表1表1 发电机相线棒温度和出水温度记录表根据纪录表明，在发电机的负荷在75%以下时，相线棒层间温差最大为9.7℃在发电机的负荷在75%以上时，相线棒层间温差最大为15.8℃。
这个参数超过了《汽轮发电机运行规程》6.3.4中关于定子线棒出水温差、定子线棒引水管出水温差超过8℃时的警告要求，故DCS系统画面报警。
由于定子线棒层间之间存在较大的温差，这对机组的安全运行有很大的威胁，必须对其进行深入的分析，找出产生这种现象的原因，才能确保机组的安全运行。
首先，对机组的冷却系统、冷却水、机组的其它工作参数等进行了全面的检测，没有发现问题。
其次，对温度传感器和整个测量电路的检测也没有发现任何问题，在此基础上，采用更换检测回路中 A/D转换器，并在检测温度异常点与正常点的检测位置时更换检测器，检测器与检测回路在检测过程中没有出现任何异常，检测结果与检测结果一致。
同时，在对机组增载和减载实验中，由于定子铁芯的异常所致的导线温度通常不会随着负载的变化而发生改变，因此可以将定子铁芯的异常所致的导线温度的异常原因排除在外。
在排除了测量因素及定子铁芯故障原因所产生的温度偏差后，发现通常情况下发电机线棒温度的异常上升，主要是由于发电机线棒内部冷却水回路中有异物堵塞、结垢等，致使冷却水量不足，从而使其温度上升。
温差电原理
温差电原理温差电原理是指利用温差产生电能的原理。
温差电原理是一种利用温差产生电能的现象，也是一种利用温差产生电能的技术。
温差电原理的应用十分广泛，涉及到能源利用、环境保护、电子设备等多个领域。
温差电原理的基本原理是基于热力学中的塞贝克效应和泊松效应。
当两种不同材料的接触点处于不同的温度时，就会产生温差电势，从而产生电流。
这种现象被称为塞贝克效应。
而泊松效应则是指当材料受到温度变化时，其内部会产生应变，从而产生电势差。
利用温差电原理可以设计制造温差发电机。
温差发电机是一种利用温差产生电能的装置，通过利用温差产生的电势差来驱动电流，从而产生电能。
温差发电机可以利用地热、太阳能、工业废热等各种温差资源来产生电能，具有很大的应用前景。
除了温差发电机，温差电原理还可以应用于温差传感器、温差计、温差控制器等领域。
利用温差电原理设计制造的温差传感器可以用于测量温差，广泛应用于工业控制、环境监测等领域。
而温差计和温差控制器则可以用于控制温差，实现对温度的精确控制。
温差电原理的应用还不仅限于上述领域，还可以应用于热电制冷、热电采暖等方面。
利用温差电原理可以将低温热能转化为电能，从而实现热电制冷，为制冷行业带来新的技术突破。
同时，利用温差电原理也可以将电能转化为热能，实现热电采暖，为节能环保做出贡献。
总的来说，温差电原理是一种十分重要的能源利用技术，具有广阔的应用前景。
通过对温差电原理的深入研究和应用，可以为节能减排、可持续发展等问题提供新的解决方案，推动能源技术的创新发展。
希望未来能有更多的科研人员和工程师投入到温差电原理的研究和应用中，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
温差发电--一种新型绿色能源技术
温差发电——一种新型绿色的能源技术班级：材料0901 姓名：刘猛学号：25【摘要】：温差发电器是能将热能直接转化成电能的固态装置，具有结构简单、稳定可靠、无运动部件、绿色环保等优点，广泛地应用于航天、军事等领域，在废热的回收利用方面也展现出良好的应用前景。
本文简要地介绍了温差发电器的工作原理及其结构，介绍了体温差发电器和微型温差发电器的国内外研究进展，并进行了对比分析，提出了温差发电器中存在的问题及解决方案，最后展望了温差发电器的前景。
【关键词】：塞贝克效应; 温差发电THERMOELECTRIC ELECTRICITY GENERATION——A NEW GREEN ENERGY TECHNIQUE【Abstract】：Thermoelectric generators are solid state devices which can directly convert thermal energy to electricity andhave advantages of simple structure, reliability, no moving parts and being friendly to the environment. They are widely used in aerospace、military fields, and have broad prospects in application of recovery of industrial waste heat. This paperbriefly provided the structure of thermoelectric generators and the work principles. Recent developments aboutthermoelectric generators were given and a comparison between bulk thermoelectric generators and micro thermoelectricgenerators was made. Problems of thermoelectric generators and the solutions were discussed. The prospects ofthermoelectric devices were finally given.【Key Word】s：thermoelectricity; Seebeck effect0引言热能和电能是我们社会生活中最重要的能源形态，其中电能是各种形态能源中传输和使用最多、最为方便的一种。
演示实验之温差发电
实验图片大学物理演示实验实验报告[姓名]|2016年10月13日1.实验名称演示实验——温差发电2.实验现象的描述准备好实验装置温差发电仪，将三只杯子装满开水，放到温差发电仪的接触面上，稍等片刻，会发现依次旋转螺旋按钮，会看到小灯泡变亮，发光二极管闪烁，音乐片发出悦耳的音乐。
3.实验所涉及的物理知识（一）赛贝尔效应如图一所示，将两种不同的导体a和b（n-型和p-型半导体）串联组成回路，并使接头1和接头2保持在不同的温度T1和T2（T1>T2），p-型半导体中的空穴和n-型半导体中的电子会分别向高低温端积累，这样在导体b的开路位置X和y之间就会有一个电势产生，这一效应称为温差电现象，即赛贝克效应。
将由N、P两种类型不同的半导体热电材料经电导率较高的导流片串联，并在A、B两端建立温差，则在负载RL两端施加电压，即可制成有一定输出功率和输出电压的发电器，温差电动势与两个接头的温度和组成闭合回路的物质有关。
在温度相差不大的范围内，温差电动势Eab与温差ΔT成正比，可表示为Eab=KΔT 。
图一图二（二）温差发电原理温差发电的原理如图二所示。
它由N、P两种不同类型的半导体热电材料经过导电性好的导流片串联而成，当热端加热时，使器件的两端建立起温差，两种载流子都流向冷端，形成温差发电器。
4.实验现象的历史和应用(一)温差发电现象的历史1821年，德国物理学家塞贝克发现，在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中会产生一个电势，此所谓“塞贝克效应”【1】。
1834年，法国实验科学家帕尔帖发现了它的反效应：两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差，此所谓珀尔帖效应。
【2】1837年，俄国物理学家愣次又发现，电流的方向决定了吸收还是产生热量，发热（制冷）量的多少与电流的大小成正比。
1856年，汤姆逊利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析，并将本来互不相干的塞贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。
神奇的温差电现象
|科学课堂|◎ 编辑|刘相龙一杯热水和一杯冷水就能发电，你相信吗？1821年，德国物理学家塞贝克发现了温差电现象，这一现象又称塞贝克效应。
塞贝克效应又称作第一热电效应，是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。
一般规定热电势方向为：在热端电子由负流向正。
在两种金属A 和B 组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。
相应的电动势称为热电势，其方向取决于温度梯度的方向。
塞贝克效应的成因可以简单解释为，在温度梯度下导体内的载流子从热端向冷端运动，并在冷端堆积，从而在材料内部形成电势差，同时在该电势差作用下产生一个反向电荷流，当热运动的电荷流与内部电场达到动态平衡时，半导体两端形成稳定的温差电动势,半导体的温差电动势较大，可用作温差发电器。
根据温差电原理制作的温差电偶，作为电源可以输出稳定的电流，不仅可以带动小型电动机，还可以点亮LED 小灯泡。
你想做一个这样的温差发电机吗？接下来请跟着本文一起实验吧。
———————————————◎ 撰文|钟阳春（深圳市龙华区教育科学研究院第二附属学校教师、第九届全国青年科普创新实验暨作品大赛优秀指导老师）神奇的温差电现象根据温差电原理制作的温差电偶，作为电源可以输出稳定的电流，不仅可以带动小型电动机，还可以点亮LED 小灯泡。
关注“科学大观园杂志”公众号主页“科学课堂”栏目观看实验视频科学原理：温差电现象对热电偶来说是一种可逆的电能内能之间的转换效应，冷热水温差电机演示了内能转化为电能的过程。
如图所示，由两种不同的金属连接构成的闭合回路，若两连接点的温度不同，则可在回路中形成稳定的电流，也就是说，电路内存在温差电动势，这就是由内能转变为电能的现象。
本实验是利用以半导体材料为工作导体的热电偶（温差发电片），在外界存在一定的温度差时，电路中将产生能驱动小电机和点亮LED 小灯泡的电流。
小电机转动和LED 小灯泡发光，直观地演示了内能转换为电能的现象。
温差电动势原理
温差电动势原理温差电动势，也称为温度电动势，是一种物理性质，它指的是在温度差现象出现时所产生的电动势。
它通常会在两种不同温度的物质之间产生，以此源源不断地提供能量。
温差电动势是一种古老的能源形式，可以用于提供可再生能源。
温差电动势的物理原理是：由于两种温度的物质表面的温差，物质的离子浓度也会不同，从而产生微弱的电流。
这种电动势产生的电流可以被利用，用于获得能量。
例如，太阳能板可以利用温差电动势变化的太阳能利用率，以获得更多的能量。
温差电动势可以分为两种不同的电动势：热电动势和冷电动势。
热电动势是指物质表面温度差会导致其中一种物质的离子浓度变高，而另一种物质的离子浓度变低，从而引起一个热电动势。
冷电动势也是一种温差电动势，是指物质表面温度的差异会导致其中一种物质的离子浓度变低，而另一种物质的离子浓度变高，从而引起一个冷电动势。
温差电动势可以用来制造一种叫做温差发电机的设备，用于转换温差电动势能源为可以使用的电能，这种设备可以用于节能或降低物理过程中产生的温度差。
温差电动势是一种可重复使用的可再生能源，可以用于替代传统的燃料能源提供技术，并提供更为环保的能源供给。
它的使用可以减少由传统的燃料消耗所产生的二氧化碳排放，从而节约能源，减少环境污染，促进可持续发展。
此外，温差电动势可以用于驱动各种装置，例如储能电池、风能发电机或太阳能发电机，以及用于加热和制冷的其他设备，这些设备可以利用温差电动势生产可再生能源，从而提高能源利用率并减少日益严重的能源危机。
温差电动势在未来可以广泛应用于建筑节能、能源利用率提高和环境保护等方面。
它提供了一种可持续发展的新能源技术，能够更有效地利用太阳能及温差电动势，以获得更安全、更低的环境影响的可再生能源，有助于实现更绿色的世界。
综上所述，温差电动势是一种古老而又有效的能源形式，它可以用来提供可持续发展的新能源，有助于更有效地使用太阳能和温差电动势，从而获得更安全、更低的环境影响的可再生能源，有助于为实现更绿色的未来而尽一份力量。
水箱温差发电系统
水箱温差发电系统水箱温差发电系统是一种通过利用水温差来产生能量的发电系统。
在这个系统中，水箱中的热水和冷水的温差被利用来产生电力。
该系统通常由加热器、冷却器、水箱、水管以及发电机等组成。
本文将介绍水箱温差发电系统的原理、优点和应用场景。
原理水箱温差发电系统的原理基于塞贝克效应和潜热的原理。
塞贝克效应是指当两种不同的导体（如金属）被连接成一个电路时，如果它们的温度不同，就会在它们之间产生一个电势差。
这个电势差会随着温度差的增加而增加。
潜热是指在相变过程中，物质的温度不变而吸收或释放热量的现象。
例如，水从液态变为蒸气时，它吸收了大量的热量。
在水箱温差发电系统中，加热器将水加热至高温，冷却器将水冷却至低温，水箱将热水和冷水分别存储在不同的槽中。
在两个水槽之间连接一根导体，即可利用塞贝克效应产生电势差。
发电机将这个电势差转化为电能输出。
优点相比于其它能源发电系统，水箱温差发电系统具有如下优点：1. 可以利用低品质的热源和冷源发电，例如污水、工业废水、地下水等。
与传统的能源发电方式相比，水箱温差发电系统的发电成本更低，因为它不需要昂贵的燃料或油气。
2. 系统的建设和运营维护成本较低，因为系统中的主要设备（如加热器、冷却器）可以很容易地进行维护和更换。
3. 系统的环保性较好，因为它不会产生污染物和温室气体。
4. 系统适用于多种场景，包括城市供热、工业废水处理、地下水资源利用等。
应用场景水箱温差发电系统适用于多种应用场景，以下是其中的几个例子：1. 城市供热：在城市供热系统中，实现通过污水和工业废水来产生电能的转化，不仅可以为城市提供更加清洁可持续的供热方式，还可以减少城市的能源消耗量。
2. 工业废水处理：工业废水通常含有高温水和低温水，通过水箱温差发电系统，可以将这些废水利用起来，并产生电能。
3. 地下水资源利用：地下水通常具有较长的滞留时间，因此其温度高低差异较大。
通过水箱温差发电系统，可以将这些地下水资源转化为能源。
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温差电现象及其应用——温差发电机2010级化学物理系龚科PB10206089 摘要:本文分为两部分：第一部分介绍温差电现象的产生机理，包含汤姆孙效应、珀尔帖效应和塞贝克效应的介绍.第二部分介绍温差电现象的一种利用，即温差发电机的应用现状及前景.关键词：温差电现象汤姆孙效应珀尔帖效应塞贝克效应温差电发电机正文：一、温差电现象产生机理由两种不同材料制成的结点由于受到某种因素作用而出现了温差，就有可能在两结点间产生电动势，回路中产生电流，这就是温差电效应.所产生的电动势称为温差电动势，在一定范围内，温差电动势在数值上正比于两接点处的温度差，即ε=a(T1-T2)，（1）其中，a为塞贝克系数，在数值上等于单位温度差所引起的电动势.金属的温差电效应较小，a为0~80μV·K-1，用于测量温度，半导体温差电效应较大，a为50~103μV·K-1，可用来制造温差发电机.温差电效应由德国物理学家塞贝克于1821年首先发现；1834年，法国实验科学家珀尔帖发现了它的反效应：两种不同金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差，即珀尔帖效应.1837年，俄国物理学家楞次又发现，电流的方向决定了吸收热量还是产生热量，发热（制冷）量的多少与电流大小成正比.温差电效应根据具体作用原理及表现形式，有汤姆逊效应、帕尔贴效应、赛贝克效应三种.1、汤姆孙效应汤姆孙效应即导体两端有温差时产生电动势的现象.其机理是金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大.像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，在温度低端堆积起来，从而在导体内形成电场在金属棒两端便形成一个电势差.这种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止.2、珀尔帖效应珀尔帖效应就是电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量.由珀尔帖效应产生的热流量称作珀尔帖热.珀尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流.由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量.能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出.1837年，俄国物理学家楞次（Lenz，1804～1865）发现，电流的方向决定了吸收还是产生热量，发热（制冷）量的多少与电流的大小成正比，比例系数称为“帕尔帖系数”.Q=л·I=a·Tc·I，（2）其中л=a·Tc 式中：Q——放热或吸热功率π——比例系数，称为珀尔帖系数I——工作电流a——温差电动势率Tc——冷接点温度.珀尔帖效应最主要的应用就是半导体制冷.半导体制冷片具有以下优势：（1）可以把温度降至室温以下；（2）精确温控（使用闭环温控电路，精度可达±0.1℃）；（3）高可靠性（致冷组件为固体器件，无运动部件，寿命超过20万小时，失效率低）；（4）没有工作噪音.此应用不作为本文的主要内容，故不作详细介绍.3、塞贝克效应在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流.塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于金属的电子溢出功和有效电子密度这两个基本因素.产生塞贝克效应的机理，对于半导体和金属是不相同的.（1）半导体的塞贝克效应产生塞贝克效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果.例如p型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散；在开路情况下，就在p型半导体的两端形成空间电荷（热端有负电荷，冷端有正电荷），同时在半导体内部出现电场；当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势——温差电动势.自然，p型半导体的温差电动势的方向是从低温端指向高温端（塞贝克系数为正），相反，n型半导体的温差电动势的方向是高温端指向低温端（塞贝克系数为负），因此利用温差电动势的方向即可判断半导体的导电类型. 可见，在有温度差的半导体中，即存在电场，因此这时半导体的能带是倾斜的，并且其中的Fermi 能级也是倾斜的；两端Fermi能级的差就等于温差电动势.实际上，影响塞贝克效应的因素还有两个：第一个因素是载流子的能量和速度.因为热端和冷端的载流子能量不同，这实际上就反映了半导体Fermi能级在两端存在差异，因此这种作用也会对温差电动势造成影响——增强塞贝克效应.第二个因素是声子.因为热端的声子数多于冷端，则声子也将要从高温端向低温端扩散，并在扩散过程中可与载流子碰撞、把能量传递给载流子，从而加速了载流子的运动——声子牵引，这种作用会增加载流子在冷端的积累、增强塞贝克效应.半导体的塞贝克效应较显著.一般，半导体的塞贝克系数为数百mV/K，这要比金属的高得多.（2）金属的塞贝克效应因为金属的载流子浓度和Fermi能级的位置基本上都不随温度而变化，所以金属的塞贝克效应必然很小，一般塞贝克系数为0～10mV/K.虽然金属的塞贝克效应很小，但是在一定条件下还是可观的；实际上，利用金属塞贝克效应来检测高温的金属热电偶就是一种常用的元件.产生金属塞贝克效应的机理较为复杂，可从两个方面来分析：①电子从热端向冷端的扩散.然而这里的扩散不是浓度梯度（因为金属中的电子浓度与温度无关）所引起的，而是热端的电子具有更高的能量和速度所造成的.显然，如果这种作用是主要的，则这样产生的塞贝克效应的系数应该为负.②电子自由程的影响.因为金属中虽然存在许多自由电子，但对导电有贡献的却主要是Fermi能级附近2kT范围内的所谓传导电子.而这些电子的平均自由程与遭受散射（声子散射、杂质和缺陷散射）的状况和能态密度随能量的变化情况有关.如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而增大的话，那么热端的电子将由于一方面具有较大的能量，另一方面又具有较大的平均自由程，则热端电子向冷端的输运则是主要的过程，从而将产生塞贝克系数为负的塞贝克效应；金属Al、Mg、Pd、Pt等即如此.相反，如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而减小的话，那么热端的电子虽然具有较大的能量，但是它们的平均自由程却很小，因此电子的输运将主要是从冷端向热端的输运，从而将产生塞贝克系数为正的塞贝克效应；金属Cu、Au、Li等即如此.塞贝克效应计算公式：V=（S B-S A)(T2-T1) （3）S A与S B分别为两种材料的塞贝克系数，在一定温度范围内，可以认为材料的塞贝克系数不变.塞贝克后来还对一些金属材料做出了测量，并对35种金属排成一个序列（即Bi-Ni-Co-Pd-U-Cu-Mn-Ti-Hg-Pb-Sn-Cr-Mo-Rb-Ir-Au-Ag-Zn-W-Cd-Fe-As-Sb-Te-……），并指出，当序列中的任意两种金属构成闭合回路时，电流将从排序较前的金属经热接头流向排序较后的金属.塞贝克效应应用主要是测温和发电.温差电发电机将在下文详细介绍.4、三种效应的关系塞贝克效应可以认为是汤姆孙效应和珀尔帖效应相结合所产生的现象.汤姆孙于1856年利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和珀尔帖效应进行了全面分析，将本来互不相干的塞贝克系数和珀尔帖系数之间建立了联系，在绝对零度附近，两者存在简单倍数关系.并由此提出了汤姆孙效应.二、温差发电机的应用温差发电器是利用塞贝克效应，将热能直接转换成电能的一种发电器件.将一个p型温差电元件和一个n型温差电元件在热端用金属导体电极连接起来，在其冷端分别连接冷端电极，就构成一个温差电单体或单偶.在温差电单体开路端接入电阻为RL的外负载，如果温差电单体的热面输入热流，在温差电单体热端和冷端之间建立了温差，则将会有电流流经电路，负载上将得到电功率，因而得到了热能直接转换为电能的发电器.当发电器工作时，为保持热接头和冷接头之间有一定的温度差，应不断地对热接头供热，而从冷接头不断排热.热接头所供给的部分热量被作为珀尔帖热吸收了，另一部分则通过热传导传向冷接头.排出的热量应为冷接头放出的珀尔帖热和从热接头传导来的热量之和.对于上述接头的热平衡，还应加上汤姆逊热和被导体释放的焦耳热.设在系统中所产生的焦耳热中有一半传到热端，另一半由冷端放出，热源所消耗的热量是珀尔帖热、由于热传递迁移到冷端的热和交还给热源的焦耳热三部分组成，即为温差电单体的热电转换效率是有用功率与热源所消耗的热量之比.要想得到优值高的温差电材料，只有提高其塞贝克系数和电导率，降低其热导率.但是塞贝克系数、电导率和热导率都在不同程度上依赖于载流子浓度和迁移率，互相是关联的.1、材料制备温差电材料原则上可用通常的单晶体生长工艺来制备.但单晶体工艺需要精密的设备，操作复杂，成本较高.在实践中温差电材料往往采用多晶或定向多晶材料.通常，制备温差电材料的方法是粉末冶金法以及区域熔炼法.用粉末冶金法制备的温差电材料往往具有较低的热导率、较高的机械强度，但是却降低了电导率.相对而言，区域熔炼法可制备电导率较高的温差电材料，但同时也提高了材料的热导率.粉末冶金工艺，常规的有冷压法和热压法，近年来又发展了机械合金法（MA）、粉碎混合烧结（PIES）法、挤压法和放电等离子烧结法（SPS法）.通常，PbTe及SiGe合金用粉末冶金工艺制备，Bi2Te3及其合金用区域熔炼法，也可用热压工艺或挤压工艺制备.下面仅介绍粉末冶金法和区融熔炼法制备温差电材料的工艺.2、主要分类（1）按使用的热源分类，温差发电器可分为放射性同位素温差发电器、核反应堆温差发电器、烃燃料温差发电器、低级热温差发电器等.放射性同位素温差发电器(RTG)是将放射性同位素（如Pu-238， Sr-90，Po-210等）的衰变热能直接转换成电能的温差发电器.核反应堆温差发电器是将原子能反应堆中燃料裂变产生的热能直接转换成电能的温差发电器.烃燃料温差发电器，燃烧气体烃燃料或液体烃燃料产生的热能直接转换成电能的温差发电器.低级热温差发电器，将各种形式的低温热能（包括余热、废热）直接转换成电能的温差发电器.（2）按工作温度来分类，温差发电器可分为高温温差发电器、中温差发电器和低温温差发电器三大类.高温温差发电器，其热面工作温度一般在700℃以上，使用的典型温差电材料是硅锗合金（SiGe）;中温温差发电器，其热面工作温度一般在400℃～500℃，使用的典型温差电材料是碲化铅（PbTe）;低温温差电器，其热面工作温度一般在400℃以下，使用的典型温差电材料是碲化铋（Bi2Te3）.3、应用范围（1）温差发电器在如今的应用面较窄，主要应用在航天方面.美国自1961年起在二十多项空间任务中使用同位素温差发电器做电源.这些同位素温差发电器的输出电功率从2.7W到300W，质量从2kg到34kg，最高效率已达6.7%，最高质量比功率已达5.2W/kg，设计寿命为5年.例如著名的阿波罗登月计划、飞向外层行星的旅游者、海盗号火星着陆器、伽利略飞船等都使用了同位素温差发电器.1997年10月，美国成功地发射了探测土星的卡西尼行星际飞船，有3个同位素温差发电器作电源.2006年1月，发射了探测冥王星的新视野号飞船，用1个RTG作电源.目前，这些同位素温差发电器的使用寿命都超过19年，有的已经工作30多年.日常方面（2）同位素温差发电器在地面和海洋开发中应用也日益增多.现已使用的同位素温差发电器功率范围在几毫瓦到数百瓦、上千瓦.主要用于灯塔、航标、海底声纳、海底微波中继站、自动气象站和地震测试站电源.军事方面（3）美军研制了前沿阵地使用的机动性高、无声、质量轻、能无人维护长期运行的液体燃料温差发电器，供夜视装置、雷达、导航设备、电台和指挥系统使用.这种发电器可使用柴油、汽油等多种液体燃料，功率从几十瓦到一千瓦，可便携或可作车载辅助电源.加拿大环球温差电公司生产的燃气温差发电器已经在世界许多国家的输油、输气管线、通讯网络上获得了应用.环保方面（4）在低级热利用方面，温差发电器也很有前途.低级热，包括工业废热、垃圾燃烧热、汽车排气管的余热、太阳热、地热、海洋热能等，热源的温度范围宽广.采用温差发电技术大规模利用低级热，可以开发出结构简单、维护少，而且是无公害的干净能源.很多专家认为，温差发电器利用这些热能，可直接产生低压大电流，如用于电解水制氢，是最好的低峰储能方式之一.4、应用前景长久以来，因为受到生产成本和转换效率的限制，温差电技术的应用一直局限于高科技和军事、航天领域. 最近，由于化石能源数量的日益减少和化石能源燃烧所引起的环境恶化问题的逼近，人们意识到利用低品位和废热进行发电对解决环境和能源问题的重要性. 另外，可供使用的热源的广泛性和廉价性大大增强了温差发电方式的商业竞争性. 我们知道，发电成本主要由运行成本和设备成本组成. 运行成本取决于转换效率和原料，设备成本决定于产生额定输出电力的装置. 虽然热电转换模块的成本很高，但由于利用低品位和废热发电的原料费用极少，几近为零，运行成本很低，因此发电总费用降低，使得温差发电可与现存发电方式进行商业竞争. 日本近几年开展了一系列以“固体废物燃烧能源回收研究计划”为题的政府计划，研究用于固体废物焚烧炉的废热发电技术，将透平发电机和温差发电机结合起来，实现不同规模垃圾焚烧热的最大利用，使垃圾真正成为可供利用的资源. 继日本之后， 2003年11月美国能源部宣布资助太平洋西北国家实验室、密西根技术大学、匹兹堡PPG 工艺有限公司等单位，重点支持他们在高性能热电转换材料和应用技术方面的开发，其主要应用对象是工业生产中的尾气热和其他构件中的废热和余热利用.参考书目：胡友秋、程福臻、叶邦角.2008.电磁学与电动力学.北京.科学出版社.百度百科..其他网上资料不一一详述.。