物理效应及其应用—热电效应
热电效应 知乎
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热电效应是一种将热能转化为电能的物理现象。
它在我们日常生
活中经常出现，例如热水器、电磁炉等设备，都运用了热电效应的原理。
下面将分步骤阐述热电效应的相关知识及其在生活中的应用。
1. 热电效应的基本概念
热电效应是指在两种不同金属连接处，当连接处的温度不同时，
会产生电势差从而产生电流的现象。
这种现象是由材料中电子的布朗
运动所引起的。
当两种金属连接的温度不同时，会引起其中一种金属
中的电子向另一种金属流动，从而产生电势差。
这就是热电效应的基
本原理。
2. 热电效应的分类
热电效应可以分为两种类型：Seebeck效应和Peltier效应。
前
者是指在两种不同金属连接处，当连接处的温度不同时，会产生电势
差从而产生电流的现象；后者则是指当通过金属导体时，由于电子在
金属中的能量状态不同，从而在连接处产生热电冷却或热电加热现象。
这两种效应都是由材料中电子的布朗运动所产生的。
3. 热电效应在生活中的应用
热电效应在生活中有着广泛的应用。
例如，我们常用的热水器就
是利用了Peltier效应，将电能转化为热能，从而使水加热升温。
电
磁炉则是通过Seebeck效应将电能转化为热能，从而加热锅具。
此外，热电效应还可以应用在测温仪、太阳能电池、热电发电等领域。
总之，热电效应是一种重要的物理现象，广泛应用在我们的日常
生活中。
通过了解热电效应的基本概念和分类，我们可以更好地理解
这一现象的本质和应用价值。
peltier效应原理
peltier效应原理Peltier效应原理引言Peltier效应是一种电热效应，是由法国物理学家Jean Charles Athanase Peltier于1834年发现的。
它描述了在两种不同材料的接触处，当电流通过时，会产生一种冷却或加热的现象。
本文将详细介绍Peltier效应的原理以及其应用。
一、Peltier效应的原理Peltier效应是基于热电效应的一种现象，它与Seebeck效应密切相关。
当电流通过两种不同材料的接触处时，会产生温度差异。
这是由于不同材料的电子能级结构不同，导致电子在两种材料中以不同的速度流动。
这个温度差异可以用Peltier系数来衡量，即一个材料在单位时间内吸收或释放的热量与通过该材料的电流成正比。
二、Peltier效应的原理解释Peltier效应可以通过能级理论来解释。
当电流通过两种不同材料的接触处时，电子会从一个材料移动到另一个材料。
在这个过程中，电子会吸收或释放能量，从而导致温度的升高或降低。
这是因为电子在通过材料的过程中，会与材料的原子或分子相互作用，从而改变其能量状态。
三、Peltier效应的应用1. 温度控制：Peltier效应可以用于制冷和加热设备中。
通过控制电流的方向和大小，可以实现温度的精确控制。
这在一些需要精确温度控制的应用中非常有用，如实验室仪器、医疗设备等。
2. 热电模块：Peltier效应还可以用于制作热电模块。
热电模块是一种将热能转化为电能的装置。
它可以用于能源回收、温差发电等应用。
在这种装置中，通过利用Peltier效应，在两种不同温度的环境中产生温度差，从而产生电能。
3. 光学设备：Peltier效应还可以应用于光学设备中，如激光器、光电探测器等。
这些设备对温度的稳定性要求较高，而Peltier效应可以提供精确的温度控制，从而提高设备的性能和稳定性。
四、Peltier效应的优缺点1. 优点：Peltier效应具有体积小、结构简单、响应快等优点。
热电效应原理
热电效应原理热电效应是指在两种不同导电性能的金属或半导体材料连接成回路后，在两个连接点之间产生电动势的现象。
这种现象是由于温差引起的电荷运动所致，是热能和电能之间的转换过程。
热电效应包括热电压效应和热电流效应，其中热电压效应是指在两个不同温度的金属或半导体之间产生电动势，而热电流效应是指在温度梯度下产生电流。
热电效应的原理可以通过热电偶来解释。
热电偶是由两种不同金属或半导体材料组成的，它们的一端接触在一起形成热接触，另一端分别连接到电压表。
当热电偶的两端温度不同时，就会产生热电动势，使得电压表指针发生偏转。
这是因为在温度不同的金属或半导体材料之间，由于热运动导致电子的能级发生变化，从而形成电动势。
热电效应的原理还可以通过能带理论来解释。
在固体中，电子的能级是分立的，处于能带中。
当金属或半导体材料受热时，电子的能级会发生变化，导致电子在能带中的分布发生改变。
这种能级变化会导致电子在材料中的移动，从而产生电动势和电流。
热电效应在实际应用中具有重要意义。
热电偶是一种常用的温度测量仪器，它利用热电效应将温度转化为电压信号，从而实现温度的测量和控制。
此外，热电效应还被应用于热电转换器件，如热电发电机和热电制冷器。
热电发电机可以将热能直接转化为电能，适用于一些无法使用传统发电方式的场合，如太空航天器和深海探测器。
而热电制冷器则可以利用热电效应将低温传递到高温区域，实现制冷效果。
总之，热电效应是热能和电能之间的重要转换方式，它的原理基础于能带理论和热电偶的工作原理。
通过研究和应用热电效应，可以实现温度的测量和控制，以及热能的直接转化为电能，具有重要的科学和工程意义。
热电材料主要内容
§8.1 热电效应
• 考虑一个单畴化的铁电体，极化的排列使靠近极化 矢量两端的表面附近出现束缚电荷。在热平衡状态， 这些束缚电荷被等量反号的自由电荷所屏蔽，所以 铁电体对外界并不显示电作用。
热电材料主要内容
• 热电效应指的是材料极化P随温度T改变的现象。
• 公元前三百年就发现热电效应。热电性的现代名 称pyroelectricity是1824年布儒斯特引入。19 世纪末随着近代物理发展，关于热电效应研究日 益增多。1960年代以来激光和红外技术发展促 进热电效应及其应用研究，丰富和发展热电理论， 发现和改进热电材料，研制性能优良的热电探测 器和热电摄象管等器件。热电效应及其应用成为 凝聚态物理和技术活跃研究领域。
8.2.1 热电系数和电热系数
• 弹性电介质的热力学状态可由温度T与熵S，电场E
与电位移D，应力X和应变x这三对物理量来描写。
先考虑取T，E和X为独立变量情况，此时电位移的
微分形式可写为
dDm
Dm X i
E ,T
dX i
Dm En
X ,T
dEn
2G
(8．T10Em)
X
S Em
X ,T
(8．9)
(8．11)
• 式(8.10)给出的是热电系数，式(8．11)给出 的是电场引起的熵的变化，称为电热系数 (electrocaloric coefficient)。电热效应是热 电效应的逆效应。
由此两式可得出
热电效应原理
热电效应原理
热电效应原理是指当两种不同金属的接触点处于不同温度时，会产生电势差。
这种现象是由于不同金属的导电能力不同，当两种金属接触时，温度差使得其中一种金属中的自由电子能量增加，从而导致自由电子从高温金属向低温金属流动，产生电流。
根据热电效应原理，通过将不同金属制成热电偶，可以将温度差转化为电信号。
热电偶由两种不同金属的导线组成，它们的接触点称为热电接头。
当热电接头处于不同温度时，会产生电动势。
这个电动势可以通过连接一个外部电路来测量，从而得知温度差的大小。
热电效应的实际应用非常广泛。
在工业领域中，热电偶常用于测量温度，例如在炉温控制、汽车发动机温度控制等方面。
此外，热电效应还可用于能量转换，如热电发电机，可以通过温度差产生电能。
热电效应的原理是基于能量转换的基本原理，利用了两种不同物质的导电特性差异。
这种现象在19世纪初由丹尼尔·费奥多罗维奇·冯·西贝连提出，并得到了不断的实验验证和进一步研究。
热电效应的理论和应用不仅对于科学研究有着重要意义，而且在工程技术领域也具有广泛的应用前景。
热电效应原理
热电效应原理热电效应是指在两个不同金属或半导体之间，当两个接触点的温度存在温差时，就会产生电势差和电流的现象。
这种现象被称为热电效应，也是热电材料的基本工作原理之一。
本文将介绍热电效应的原理以及其在现实生活中的应用。
一、热电效应的原理热电效应的原理主要包括热电效应的分类和产生过程。
1. 热电效应的分类根据热电效应的性质以及热电材料的特点，热电效应可以分为三种类型：塞贝克效应、皮尔斯效应和汤姆逊效应。
- 塞贝克效应：也称为“热电效应”，是指在金属导体中由于温差产生的电势差和电流。
根据热电特性的不同，塞贝克效应又可分为正塞贝克效应和负塞贝克效应。
- 皮尔斯效应：是指当在半导体材料中存在温差时，产生的电势差和电流。
与塞贝克效应相比，皮尔斯效应在半导体材料中更为显著。
- 汤姆逊效应：是指当电流通过不均匀材料中的区段时，由于温度梯度引起的电势差。
这种效应主要存在于金属导线等材料中。
2. 热电效应的产生过程热电效应的产生过程可以简要概述为：当两个不同材料的接触点存在温差时，两种材料由于电子的能级结构不同，会产生电势差，进而形成电流。
此外，温差的大小和接触点的材料特性也会影响热电效应的强度。
二、热电效应的应用热电效应在实际应用中有着广泛的用途，主要体现在以下几个方面：1. 热电发电热电发电是指利用热电效应将热能转化为电能的过程。
热电发电设备常用于太阳能电池板、火电厂以及核电站等领域，通过温差的存在将产生的热能转化为电能，提高能源的利用率和效益。
2. 温差测量热电效应可以用于测量温差的大小。
通常使用热电偶、热电阻等器件来进行测量，根据热电效应的原理，通过测量电势差和电流的变化，可以得知温差的大小。
3. 温控系统利用热电效应，可以实现温控系统的建立。
例如在热水器、空调设备等中，通过测量温差并相应地调整设备运行状态来控制温度，使得温度保持在设定范围内。
这些温控系统的基础就是热电效应的应用。
4. 热电制冷热电制冷是指利用热电效应实现制冷的过程。
热敏 原理
热敏原理
热敏原理是指物质在受热或受冷时，其电阻、电导率、磁性和其他物理性质的变化现象。
热敏效应广泛应用于温度计、温度传感器、温度控制器以及热成像等领域。
以下是几种常见的热敏原理及其应用。
1. 热电效应：热电效应是指物质受热时，电荷载流子的热扩散引起电势差的变化。
常见的热电效应包括热电离效应和塞贝克效应。
这种原理广泛应用于热电偶和热敏电阻温度传感器。
2. 热敏电阻效应：热敏电阻材料在温度改变时其电阻值会发生变化。
这种原理常用于温度传感器的制作，如热敏电阻温度传感器。
3. 热敏电导效应：在一些半导体材料中，其导电性能受温度影响较大。
当温度升高时，电导率增大；当温度降低时，电导率减小。
这一原理常用于温度传感器的制作，如热敏电导温度传感器。
4. 热敏发色效应：一些物质在受热时会发生发色现象，即热敏发色效应。
例如，热敏记录纸和热敏打印技术都是利用了这一原理。
总之，热敏原理是基于物质在温度变化时其性质发生变化的原理。
利用这些变化，我们可以实现温度的测量、控制以及其他相关应用。
热电材料性质与应用
热电材料性质与应用热电效应是指材料在温度差异下产生电势差或者材料在电场下引起温度差异的现象。
热电材料是指那些能够利用热电效应来产生电能或者产生温度变化的材料。
热电材料具有广泛的应用前景，涉及能源、物理、化学、生物等多个领域。
本文将重点探讨热电材料的性质以及其应用。
一、热电材料的性质1. Seebeck 系数Seebeck 系数是用来描述材料在温度差异下产生电势差的量度，一般用字母 S 表示。
当两端的温度差正常时，电势差与温度差成正比，其比例系数即为 Seebeck 系数。
Seebeck 系数的大小与材料的热导率、电导率、载流子的浓度等因素有关。
通常，材料的Seebeck 系数越大，其制热性和制冷性能越好。
2. Peltier 系数Peltier 系数是热电材料在电流下产生热量的量度，用字母π 表示。
当电流从材料中流过时，载流子会发生能量的交换，由于热电效应的存在，这种能量交换会导致材料产生热量。
Peltier 系数的大小受材料的电导率、热导率、载流子的浓度等因素的影响。
3. Thomson 系数Thomson 系数又称为热功效系数，用字母α 表示。
它是描述材料在电场下引起温度差异的量度。
当电流从材料中流过时，载流子的能量转移也会引起热量的流动，从而使材料中产生温度差异。
Thomson 系数的大小同样受到材料的电导率、热导率、载流子的浓度等因素的影响。
二、热电材料的应用1. 热电发电热电发电技术是指利用热电材料的热电效应将热能直接转化为电能的方法。
这种技术具有无排放、高效率、适应性强等优势，可以应用于太阳能、生物质能、废热回收等多个领域。
热电发电技术可以实现小型化、便携化和分布式供电等特性。
2. 热电制冷热电制冷技术是指利用热电材料的 Peltier 效应将电能转化为热量或者将热量移动而实现制冷的方法。
相比传统制冷技术，热电制冷技术具有低噪音、高可靠性、省空间等优势，适用于微型制冷、航空航天、精密仪器制冷等领域。
物理学与现代高科技
主要内容
一、物理效应及其技术应用 二、几个主要的物理技术系统 三、物理学与现代高新技术 四、物理学与高科技发展的典型案例 五、物理学与高科技发展的回顾与展望
一、物理效应及其技术应用
1、光电效应
光照射到某些物质上，引起物 质的电性质发生变化，也就是 光能量转换成电能。这类光致 电变的现象被人们统称为光电 效应（Photoelectric effect）。
Edwin Hall（1855～1938）
霍尔效应原理
当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂 直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电 势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也 被叫做霍尔电势差。
一、物理效应及其技术应用
4、 磁电效应
巨磁阻效应GMR （Giant Magneto Resistance） 所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场 作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。
其余的到达地球表面， 其功率为8×105亿kW， 太阳每秒钟照射到地球 上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。
太阳能电池：对光有响应并能将光能转换成 电力的器件，如硅、砷化镓等
原理：光→硅原子→电子跃迁→电位差→电流
氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一 种举足轻重的二次能源。
其主要优点有： 燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽
物理学与高新技术群体的关系
物理学的发展，促进了技术的发展，引 发了一次又一次的产业革命。现代物理学更 是成为高新科技的基础。
例1、物理学与能源技术
能源危机 （1）太阳能 （2）氢能 （3）原子能
（4）水能
太阳能电池
都与太阳能有密切关系
能源类型 一次能源 二次能源 可再生能源 非再生能源
热电效应及其在热电器件中的应用
热电效应及其在热电器件中的应用热电效应是一种能够将温度差转化为电能的现象。
这个概念最早由再兴学派的法国物理学家塞巴斯蒂安·拉封丹提出，他在19世纪初首次描述了这一现象。
热电效应的应用领域十分广泛，从温度测量到能源收集与利用都有重要作用。
热电效应最直观的应用就是在温度测量领域。
热电偶是一种常见的温度传感器，它利用热电效应来测量温度。
热电偶由两种不同金属导线组成，它们连接在一起形成一个闭合电路。
当两个连接点处于不同的温度时，热电效应便会产生电势差。
通过测量这个电势差，我们可以计算出温度差，进而得到温度值。
热电偶通常能够在高温环境下工作，并且具有快速响应和较高的精度，因此被广泛应用于工业领域和科学实验中。
除了温度测量外，热电效应还可以用于能源收集与利用。
热电发电是一种将热能直接转化为电能的技术。
在热电发电中，热电材料的特殊结构使得温度差产生电势差，从而形成一个电池。
通过将热电模块安装在热源和冷源之间，热能会流经热电模块，使其中部分电极温度升高，产生电势差。
这样就可以将热能转化为电能。
热电发电技术可以广泛应用于各种能源收集场景，如太阳能、工业余热等。
近年来，热电器件还在微电子领域得到广泛应用。
随着微型电子设备的发展，电子器件的温升和热失效成为严重问题。
而热电冷却技术则可以通过利用热电效应来移除电子器件中的热量，从而降低器件温度，提高设备性能和可靠性。
热电冷却器件将热电材料与电子器件紧密结合，通过温度差来转化为冷量来降低芯片的温度。
这种热电冷却技术在集成电路散热和微型制冷等领域具有广阔的应用前景。
热电效应的应用不仅限于上述几个领域，还包括了平衡冷热能量通过室内温差引入空调系统极低能耗、用在航天科技实现恒定能源供应等等。
热电效应的研究与应用领域有着广阔的发展空间。
综上所述，热电效应是一种重要且有广泛应用的物理现象。
从温度测量到能源收集与利用，从微电子散热到航天科技，热电效应在各个领域都发挥着重要的作用。
热释电原理
热释电原理热释电现象是指当物体中存在温度梯度时，会发生电荷分布的现象。
这种电势差被称为热释电电势差。
热释电效应是一种源于非平衡热力学理论的自然现象。
在很多实际应用中，热释电现象被用来实现物体温度测量、红外探测、长距离无线通讯和防盗技术等。
本文将介绍热释电原理及其在实际应用科技领域中的应用。
我们先来了解一下热释电效应发生的基本原理。
从微观角度上讲，这种效应产生的根源，是由于电荷的热扰动及其在材料中电子散射行为引起的。
如果物体中存在温度差异，其中光电活性材料就会发生外部电场的修正行为，也就是产生所谓的热释电电势差。
这种电势差与温度的梯度成正比。
热释电效应的产生还与材料中的电子特性有很大的关系。
在低温下，材料的导电性非常小，甚至可以达到绝缘状态，因此称为绝缘体。
当材料被加热时，由于电子在材料中移动速度的增加及其能隙的缩小，材料就会逐渐变成一种导体，并产生电子热荷运动。
在这种情况下，热释电效应就会出现。
与其他物理现象不同的是，热释电电势是不依赖于材料形状及其大小的，也与传统的热电效应有所不同。
在热电效应中，温度梯度对电势的影响仅限于材料的两端，而在热释电效应中，电势的变化却可以遍及整个材料的各个部分。
热释电现象所形成的电势差，可以被用来测量材料表面或周围环境的温度差异。
在现代科技中，人们采用热释电相机进行红外成像是一种很常见的方法。
这种相机利用热释电效应在材料表面形成的电势差来显示物体的红外图像，从而实现可见光不可见的热像识别。
这种技术在很多领域中广泛应用，如科研、环保、军事、交通等领域。
在防盗技术领域，热释电原理也被广泛应用。
在一些保密场所或者公共场所，安装了热感应器可以实现自动检测，警示系统以及视频监控等功能。
当存在人或者其他动态物体时，产生的热释电信号可以被热感应器检测到，并转化成电信号，再由相应的处理器和警示器进行指示和警告。
热释电效应是一种基于非平衡态热力学理论的自然现象，它具有广泛的应用及研究价值，并被广泛应用于红外成像技术、长距离无线通信、防盗技术等诸多领域。
物理实践热能的转换与利用
物理实践热能的转换与利用热能是指物体由于热而具有的能量。
在物理实践中，热能的转换与利用一直都是一个重要的课题。
热能的转换和利用涉及到许多物理原理和技术应用，对于能源的管理和利用具有重要意义。
本文将重点介绍热能的转换与利用的原理、方法和应用。
一、热能的转换原理热能的转换是指将热能转化为其他形式的能量，如机械能、电能等。
热能转换的原理基于热力学定律，主要包括以下几种方式：1. 热能转化为机械能：这是最常见的热能转换方式，通过利用热能使物体产生热胀冷缩、热气流推动等现象，将热能转化为机械能。
例如，蒸汽机利用水的沸腾产生高温高压的蒸汽，然后通过蒸汽推动活塞运动，实现热能转换为机械能。
2. 热能转化为电能：利用热能产生的温差效应可以将热能转化为电能。
热电效应是指在两种不同导电性质的材料之间，由于温度差异而产生的电势差。
热电发电机利用这一原理，将热量转化为电能。
例如，太阳能发电就是利用太阳辐射的热能转换为电能的过程。
3. 热能转化为化学能：化学电池是一种将热能转化为化学能的设备。
通过在化学反应中释放热能，并将其转化为电能。
例如，燃料电池就是一种将燃料的热能转换为电能的装置。
4. 热能转化为光能：光伏效应是指当光照射到某些材料上时，会产生电压差和电流的现象。
利用光伏效应，可以将太阳辐射的热能转化为光能。
太阳能电池板就是一种将太阳能转换为可利用电能的器件。
二、热能的利用方法及应用热能的利用是指将热能用于人类生产和生活的过程。
热能的利用方法多种多样，根据不同的需求和场合选择不同的方式。
以下将介绍几种常见的热能利用方法及其应用场景：1. 热能利用于供暖：利用热能进行供暖是一种常见的利用方式。
通过燃煤、燃气、太阳能等方式产生热能，利用热水、蒸汽等形式将热能传输到室内，使室内保持温暖。
这种方式主要应用于冬季的供暖需求。
2. 热能利用于发电：利用热能进行发电是一种重要的热能利用方式。
通过燃煤、核能、太阳能等方式产生高温高压的蒸汽，然后利用蒸汽驱动汽轮机转动发电机，将热能转化为电能。
热电效应实验报告总结
热电效应实验报告总结一、实验目的熟悉热电效应的基本原理和实验方法，探索热电效应的特性和应用。
二、实验原理热电效应是指在两个不同温度的接触点之间产生电流的现象。
根据热电效应的原理，可以将热电效应分为两种类型：塞贝克效应和珀尔效应。
塞贝克效应：当金属导线的两端温度不一致时，会产生电势差。
当温度差大时，电势差也会相应增大，即电压与温差成正比。
珀尔效应：当金属导线中有电流通过时，当导线的两端温度不一致时，导线中会发生温差。
温差的大小与电流的大小成正比。
三、实验步骤1. 将实验所需材料准备齐全，包括金属导线、电源和温度计等。
2. 将金属导线两端与电源连接，并设置适当的电流大小。
3. 在导线中间设置温度计，实时测量温度差。
4. 分别在金属导线两端测量电势差。
5. 记录实验数据，注意测量的准确性。
6. 根据测量数据绘制图表，分析实验结果。
四、实验结果与分析通过实验数据的测量和分析，我们可以得出以下结论：1. 在不同温度差下，电势差的变化具有一定规律，可以用线性函数来描述。
2. 塞贝克效应和珀尔效应的大小与温度差和电流强度有关，可以通过实验数据得出相应的关系式。
3. 热电效应的性质可以用热电系数来描述，不同材料的热电系数不同。
五、实验总结与思考通过本次实验，我们对热电效应有了更深入的了解。
我们学习到了热电效应的基本原理、实验方法和特性。
在实验中，我们掌握了使用不同材料的导线测量不同温度差下的电势差，并且根据实验数据绘制了相应的图表。
通过对实验结果的分析，我们进一步理解了热电效应的表现形式，以及其与温度差和电流的关系。
在本次实验中，实验结果与理论预期基本一致，验证了热电效应的基本原理。
但是，由于实验中存在一些误差，导致实验数据与理论值之间存在微小的差距。
在今后的实验中，我们需要更加严谨和精确地操作，提高实验结果的准确性。
热电效应作为一种重要的热学现象，具有广泛的应用价值。
热电材料广泛应用于温度测量、能量转换和热电冷却等领域。
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
热电效应及热电偶的基本原理分析
热电效应及热电偶的基本原理分析；热电偶的四大基本定律;常用的热电极材料及其性能特点;热电偶的冷端补偿；热电偶的基本测量电路。
了解热电偶的工作原理;了解常用热电极材料的类型、性能特点及其适用场合;掌握热电偶的选用和维护方法。
在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。
在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点.另外，由于热电偶是一种有源传感器,测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。
5。
1 热电偶的工作原理与基本结构在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。
在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。
另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。
一、热电偶的工作原理1、工作原理当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时（如图5。
1.1)，只要两结点处的温度不同,一端温度为T，称为工作端或热端,另一端温度为T0 ,称为自由端(也称参考端）或冷端，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关.这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶",这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。
图5.1。
1 热电偶回路热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。
当A和B两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同（即电子密度不同）,因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。
现假设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度，则导体A扩散到导体B的电子数要比导体B 扩散到导体A的电子数大。
温度效应的原理及应用
温度效应的原理及应用1. 引言温度是物体分子热运动的反映，它对于物体的性质和行为有着重要的影响。
温度效应是指在温度变化下，物体的性质或行为发生变化的现象。
本文将介绍温度效应的原理及其在不同领域的应用。
2. 原理2.1 热胀冷缩热胀冷缩是指物体在温度升高或降低时引起尺寸变化的现象。
它是由于温度变化引起物体内部分子热运动的增强或减弱，导致物体的体积发生改变。
热胀冷缩效应广泛应用于工程中的结构设计、容器设计以及温度测量等领域。
2.2 热电效应热电效应是指材料在温度梯度下产生电势差的现象。
它基于材料内自由电子和电子晶格之间的相互作用，当温度差异存在时，电子的热运动会导致电荷的产生和分布变化，从而形成电势差。
热电效应被广泛应用于温度测量、热电能转换等领域。
2.3 热膨胀系数热膨胀系数是衡量物体线膨胀或体膨胀程度的物理量。
它定义为单位温度变化下物体长度或体积的变化量与初始长度或体积的比值。
热膨胀系数取决于物体的材料性质和温度变化范围。
热膨胀系数的应用包括材料的选择和设计、温度补偿、热力学分析等。
3. 应用3.1 组织膨胀导致的应力应变效应当物体受到温度变化的影响时，组织膨胀导致的应力应变效应将会出现。
通过合理利用温度效应，我们可以设计和制造各种各样的机械和结构件，以满足特定的应力应变要求。
例如，利用热胀冷缩现象，我们可以设计高温容器，使其在高温下不会破裂或变形。
3.2 温度传感器温度传感器是一种能够测量和感知温度变化的设备。
其中热电效应是最常用的原理之一。
热电传感器可以将温度转变为电信号，通过测量电信号来获得温度信息。
这种传感器被广泛应用于工业自动化、气象观测、医疗设备等领域。
3.3 热力学分析在材料科学和工程中，热力学分析是一种用于研究物质的热行为和性质的方法。
温度效应是热力学分析中重要的考虑因素之一。
通过测量材料在不同温度下的性质变化，可以得到材料的热膨胀系数、热容量等参数，为材料的设计和应用提供重要的参考。
热电效应的机制与材料应用
热电效应的机制与材料应用热电效应是指通过温度差异引发的电压或电流变化现象。
由于温差的存在，导致材料内部电子能级分布的差异，从而引发电荷的迁移，产生电压差和电流变化。
本文将探讨热电效应的机制以及其在材料应用中的潜力。
一、热电效应的机制1. Seebeck效应Seebeck效应是指在两个不同温度的接触点产生的电压差。
当材料的两个接触点温度不同时，由于材料内部能带结构的差异，即电子在带隙内的分布差异，从而形成电子的迁移，产生电场。
该电场引发的电势差即为Seebeck电效应。
Seebeck系数衡量了材料的热电性能。
2. Peltier效应Peltier效应是指通过加热或冷却导致电流流经材料时所产生的热量变化。
当电流流经由两种不同材料构成的热电偶时，由于电子在材料内的能级分布差异，即电子在带隙内的位置差异，从而在接触处产生热量的吸收或释放。
3. Thompson效应Thompson效应是指电流通过材料时，由于材料内部的温差引起的材料热导率的变化。
当电流穿过材料时，电子的迁移速度和能量发生变化，导致材料的温度变化。
该效应主要与材料的热导率和电子迁移速率相关。
二、热电效应的材料应用1. 热电发电热电发电是利用热电效应将热能转化为电能的技术。
通过将热电材料制成热电模块，将其置于温度差异较大的环境中，利用Seebeck效应产生的电压差驱动电流，从而实现电能的生成。
热电发电技术在太阳能、废热利用等领域有着广阔的应用前景。
2. 温度测量与控制热电效应在温度测量和控制方面有着重要的应用。
通过利用热电偶测得的电压或温度差，可以确定物体的温度。
热电偶广泛应用于工业、冶金、航天等领域，用于温度监测和控制。
3. 热电制冷热电制冷是一种将电能转化为冷量的技术。
通过利用Peltier效应，通过电流的加热或冷却操作，使得热电材料在两端产生冷热效应，从而实现制冷目的。
热电制冷技术具有环保、无噪音、高效率的特点，可广泛应用于电子器件、医疗、空调等领域。
热力学第二定律及其在能源转换中的应用
热力学第二定律及其在能源转换中的应用热力学第二定律是热力学的基本原理之一，它描述了热能从高温物体向低温物体传递的方向性。
在能源转换领域，热力学第二定律起着重要的作用，它为我们理解能源转换的效率提供了关键的指导原则。
本文将深入探讨热力学第二定律的原理，并着重介绍它在能源转换中的应用。
热力学第二定律的核心概念是熵的增加原理。
熵是描述系统无序程度的物理量，也可理解为能量在转换过程中的浪费。
根据热力学第二定律，自然界的过程总是趋向于熵的增加。
简单来说，热量不会自发地从低温物体传递到高温物体，而是相反的过程，即高温物体向低温物体传递热量。
这种自发性的方向性规律被称为自发性过程的熵增原理。
在能源转换中，热力学第二定律对于能源利用的效率提出了限制。
根据热力学第二定律，能源转换过程中总会伴随着能量的一定部分转化为无用的热能。
因此，能源转换的效率一定小于100%。
这意味着我们无法完全将燃料中的化学能转化为机械能或电能，而会有一部分能量以热的形式散失。
这就是为什么内燃机的效率只有30%到40%左右的原因。
热力学第二定律也为我们解释了为什么热泵可以实现制冷的原理。
热泵是一种能够提供热能的装置，它可以将低温物体的热量通过外部的能量输入转移到高温物体上。
这看似违背热力学第二定律的自发性过程的规律，实际上却是通过外部的能量输入来实现的。
热泵可以利用电能或其他形式的能量，将热量从低温环境中吸收，并通过压缩和排放的过程将热量传递到高温环境中，实现制冷的效果。
然而，这并不意味着热泵能够创造能量，而是通过外部的能量输入来转移热量。
另一个重要的能源转换应用是热电效应。
热电效应是指将热能直接转化为电能的过程。
根据热力学第二定律，温度差异是实现能量转换的关键。
利用热电效应，我们可以将低温热能转化为电能。
热电发电机可以将废热转换为有用的电能，提高能源利用效率。
这在工业生产和能源回收中具有重要意义。
此外，热电效应还可以应用于一些便携式设备，如手持电力器件，利用人体热能产生电能。
纳米材料的热电性能分析
纳米材料的热电性能分析引言：随着科学技术的不断进步，纳米材料的制备和应用成为研究热点之一。
纳米材料因其具有特殊的物理、化学和生物性质，被广泛应用于能源领域、光电子学、催化剂等领域。
其中，纳米材料的热电性能分析是关键的研究方向之一。
本文将综述纳米材料的热电性能分析方法及其应用，以期对该领域的研究提供参考。
一、纳米材料的热电效应热电效应是指在温度梯度下产生电压差，或者在电场作用下产生温度差的现象。
纳米材料在尺寸减小到纳米量级时，其热电效应显著增强。
这是由于纳米尺度下的材料表面积大幅度增加，使得热电流的受体和输出部件增多，从而提高了热电效应的强度。
二、纳米材料热电性能分析方法1. Seebeck系数测量Seebeck系数是衡量材料热电性能的重要参数之一。
通过测量材料在温度梯度下产生的电压差，可以计算出Seebeck系数。
常用的测量方法包括四探针法和二探针法。
然而，在纳米材料的热电性能分析中，由于样品尺寸小，表面效应的影响增大，四探针法更为常用。
四探针法可以减少测量误差，提高测量精度。
2. 电导率测量电导率是指材料在单位体积内通过的电流量。
电导率与材料的载流子浓度和迁移率有关。
在纳米材料的热电性能分析中，电导率的准确测量对研究纳米材料的热电性能十分重要。
常用的测量方法包括霍尔效应测量和两端电压测量。
这些方法可以评估材料的载流子性质和电导率。
3. 热导率测量热导率描述了材料传导热量的能力。
纳米材料的热导率通常呈现非常规性，与普通材料存在差异。
热导率的测量方法包括热膨胀法、拉曼光谱法和热路法等。
随着技术的发展，新的热导率测量方法也不断涌现，加强了对纳米材料的热导率进行准确测量的能力。
三、纳米材料热电性能的应用1. 热电材料纳米材料因其优异的热电性能被广泛应用于热电材料的制备。
热电材料是能够将热能转化为电能或将电能转化为热能的材料。
纳米材料的热电性能分析可以为热电材料的设计和制备提供关键的参数。
通过调控纳米材料的结构和组分，可以提高热电材料的效能。
热传导初中物理中热传导的机制与应用
热传导初中物理中热传导的机制与应用热传导热传导是初中物理中的一个重要概念，它描述了热量在物质中的传递过程。
了解热传导的机制和应用，有助于我们深入理解热现象及其在日常生活和工业领域中的应用。
本文将探讨热传导的机制和应用，并给出相关实例加以说明。
一、热传导的机制热传导是通过物质内部原子或分子间的碰撞传递热量的过程。
当物体中的一个部分受热时，它的温度升高，分子或原子也开始更加活跃。
这些活跃的分子或原子将通过碰撞将热能传递给其周围的分子或原子，从而使热量在物体内部传导。
热传导的机制可以通过以下两个主要途径来实现：1. 能量传递：在导热过程中，高温部分的分子或原子具有较大的能量。
它们会以高速运动并与周围的分子发生碰撞。
这些碰撞会使周围的分子也具有更高的能量，从而使热能不断传递。
2. 分子之间的振动：物质中的分子或原子并不是静止不动的，它们通过振动来保持稳定状态。
当受热时，分子或原子的振动频率会增加。
这些振动会通过分子之间的相互作用传递热量。
需要注意的是，热传导是一个无需媒介物质的过程。
即使是在真空中，热量也可以通过热辐射的方式传递。
因此，热传导是物质内部的传热方式，不同于热辐射或对流。
二、热传导的应用热传导在日常生活和工业领域中有许多应用。
下面将介绍其中几个典型的应用实例。
1. 热传导在保温材料中的应用保温材料是一种减少传热的材料。
通过利用热传导的特性，保温材料能够减缓热量的传递速度，从而保持物体的温度稳定。
例如，我们常见的保温杯内部附着有一层绝热层，它能够防止热量通过传导方式流失，保持饮料的温度。
2. 热传导在散热器中的应用散热器是一种用于散去热量的装置，广泛应用于电脑、汽车等设备中。
散热器中通常包含许多散热片，通过增加散热片的表面积，提高热传导效率。
当设备产生大量热量时，散热器能够快速将热量传导到散热片上，并通过对流方式或辐射方式将热量释放到周围环境中。
3. 热传导在冷却系统中的应用车辆的冷却系统是利用热传导原理来降低引擎温度的系统。
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汤姆孙效应
• 对汤姆孙效应可做如下解释：如图 5-7所示，当某一金属存在一定温 度梯度（温差）时，由于温度高端 自由电子平均速度大于比温度低温 端，所以由高温端向低温端扩散的 电子比低温端向高温端扩散的电子 要多，这样使高温端和低温端分别 出现正、负净电荷，形成一温差电 动势V(T1,T2)，方向由高温端指 动势V(T1,T2)，方向由高温端指 向低温端。
第五章 热电效应
• 本章讲述热如何产生电动势，从能 本章讲述热如何产生电动势， 量角度看，是热能向电能的转化。 量角度看，是热能向电能的转化。 • 在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。 生电流，存在温差时产生热流。从 电子论的观点来看， 电子论的观点来看，在金属和半导 体中， 体中，无论电流还是热流都与电子 的运动有关系，故电位差、温度差、 的运动有关系，故电位差、温度差、 电流、热流之间会存在交叉联系， 电流、热流之间会存在交叉联系， 这就构成了热电效应。 这就构成了热电效应。
改变电流方向，吸热、 改变电流方向，吸热、放热发生变化
珀尔贴效应的发现： 珀尔贴效应的发现
1853年，Q．伊西留斯发现，在每一接头上热量的 流出率(或流入率)与电流成正比：
dQ = Π12 ∗ I dt
式中II12是珀尔贴系数，即单位电流每秒吸收或放 出的热量。单位是：瓦/安，也就是伏特；它的 正负取决于接头处是吸热还是放热（相对于导 体本身），吸热为正，放热为负。
TH
B B B B
TL
AAA A
珀尔贴效应的应用：
1． 适用场合：珀尔贴效应制冷，温度可达 ． 适用场合：珀尔贴效应制冷，温度可达150℃；优点： ℃ 优点： 对小容量致冷， 它是非常优越的， 对小容量致冷 ， 它是非常优越的 ， 适用于做各种小型 恒温器以及要求无声、 无干扰、 无污染的特殊场合。 恒温器以及要求无声 、 无干扰 、 无污染的特殊场合 。 经常用于宇宙飞行器、 人造卫星、 经常用于宇宙飞行器 、 人造卫星 、 红外线探测器的冷 却装置以及在显微镜或切片机的冷台上用来切割经过 冷却的细胞组织。 冷却的细胞组织。 2． 一个特殊的用途： ． 一个特殊的用途： 快捷、方便、无污染，集加热、 储藏食品 ：快捷、方便、无污染，集加热、冷藏于一 身。 由于本效应的两个接头中， 当一个吸热时， 由于本效应的两个接头中 ， 当一个吸热时 ， 另一 个为放热， 所以食品在食用前作冷藏， 个为放热 ， 所以食品在食用前作冷藏 ， 食用时改变电 流方向用来加热，方便、快捷、无污染。 流方向用来加热，方便、快捷、无污染。
第三节 汤姆孙效应
• 汤姆孙效应是1854年由W.汤姆孙发现的一个 汤姆孙效应是1854年由W. 1854年由W.汤姆孙发现的一个 温差电现象。 温差电现象。电流通过一定温度梯度的金属导 会有一横向热流流进或流出导体， 体，会有一横向热流流进或流出导体，其方向 视电流方向和温度梯度方向而定。 视电流方向和温度梯度方向而定。在原来温度 均匀的导体中不会发生汤姆孙效应。 均匀的导体中不会发生汤姆孙效应。 • 汤姆孙效应在下列意义上是可逆的，即当温度 汤姆孙效应在下列意义上是可逆的， 梯度或电流方向倒转， 梯度或电流方向倒转，导体从一个汤姆孙发生 器变成一个汤姆孙热吸收器， 器变成一个汤姆孙热吸收器，在单位时间内吸 收或放出的热量d t与电流 与电流I 收或放出的热量d Q / d t与电流I和温度梯度 dT/dx成正比 成正比， dT/dx成正比，即： • dQ / dt ＝ µ I dT / dx • 式中µ为汤姆孙系数，它与材料性质有关。 式中µ为汤姆孙系数，它与材料性质有关。
第一节 塞贝克效应
• 1821年德国物理学家塞贝克 （T.J.Seebach)发现，当两种不 同金属导线组成一闭合回路时，若在 两接头处维持一温差，回路中就有电 流和电动势产生，后来称为塞贝克效 应。其中产生的电动势称为温差电动 势或塞贝克电动势，上述回路称为热 电偶或温差电池。
第一节 塞贝克效应
+ + + － － －
第二节 珀尔贴效应
珀尔贴效应的发现 珀尔贴效应的产生机理 珀尔贴效应的应用 珀尔帖效应引发的思考
珀尔贴效应的发现： 珀尔贴效应的发现
1834年，珀尔贴发现当有电流 通过两个 年 不同导体组成的回路时， 不同导体组成的回路时，除了产生不可逆的 焦耳热外， 焦耳热外，在不同的接头处分别出现吸热和 放热现象，如果把电流反向， 放热现象，如果把电流反向，吸热的接头便 会放热，而放热的接头便会吸热， 会放热，而放热的接头便会吸热，这就是珀 尔贴效应。 尔贴效应。
•如图5-1(a)所示，在两种金属的两接头处 如图5 1(a)所示，在两种金属的两接头处 分别保持温度T1、T2，回路中就会产生 分别保持温度T1、T2，回路中就会产生 温差电动势；如图5 1(b)，将金属导线1 温差电动势；如图5-1(b)，将金属导线1 或2从中断开，接入电位差计就可测得这个 电动势E12。它的大小与两接头的温差和 电动势E12。它的大小与两接头的温差和 材料有关。与材料的关系可以用单位温差 产生的塞贝克电动势，即温差电动势率来 描述，它的定义为：α 描述，它的定义为：α＝ d E12 / d T
汤姆孙效应
• 习惯上I与d T / d x方向相同时若吸 习惯上I x方向相同时若吸 为正值。实际上， 热，则µ为正值。实际上，µ极难做 出准确测量。 出准确测量。 • 当发生汤姆孙效应的时候，也有焦耳 热产生，但它们有本质的不同：焦耳 热是不可逆的，不论电流为何方向都 是放热的；其次，焦耳热产生率不与 电流大小成正比，而与电流的平方成 正比。
怎样增加单位时间里的放热量（吸热量）
即增加电流I
dQ = Π∗I dt
增加单位时间里流过 接头的载流子数目n
改变珀尔 贴系数II
增加接触电位差V
V的产生是因两 种金属中载流子
选取接触电位差 比较大的材料 浓度差（逸出功
不同）所引起的
半导体材料
半导体的珀尔贴效应
吸热 n P
放热
由于金属的接触电 位差比较小， 位差比较小，况且高温 到低温的热传导率比较 大，所以采用导热率以 所以采用导热率以 导热率 电阻率低的材料 低的材料—— 及电阻率低的材料 半导体材料。 半导体材料。
注意：由于与珀尔贴效应相关的热传输量很小，以及焦耳 热和汤姆孙效应同时存在，因此，1 +++ ––– A 2 2 B +++ –––
如上图，在两种金属接头处有接触电位差， 如上图，在两种金属接头处有接触电位差，设其电场 方向是由金属1指向金属2 在接头A处电流由金属2 方向是由金属1指向金属2。在接头A处电流由金属2流向金 即电子由金属1流向金属2 接触电位差的电场阻碍 属1，即电子由金属1流向金属2，接触电位差的电场阻碍 电子运动 电子在这里要反抗电场力做功eV 它的动能减 运动， eV， 电子运动，电子在这里要反抗电场力做功eV，它的动能减 减速的电子与金属原子碰撞 从金属原子取得动能， 碰撞， 取得动能 少。减速的电子与金属原子碰撞，从金属原子取得动能， 温度降低， 从而使温度降低 从外界吸收热量；在接头B 从而使温度降低，从外界吸收热量；在接头B处，接触电 位差的电场使电子加速 电子越过时，动能将增加， 加速， 位差的电场使电子加速，电子越过时，动能将增加，被加 速的电子与接头处的原子碰撞 把获得的能量eV交给金属 碰撞， eV交给 速的电子与接头处的原子碰撞，把获得的能量eV交给金属 原子，使该处温度升高而释放热量。 温度升高而释放热量 原子，使该处温度升高而释放热量。
＋ ＋
＋ ＋
珀尔贴效应的应用
珀尔贴效应主要用于 温差致冷
如左图： 如左图：当电流方 向适当， 处于的接头 向适当，B处于的接头 将发热，而处于A的接 将发热，而处于 的接 头将吸热。 头将吸热。把B在一热 在一热 源中固定， 处金属将 源中固定，A处金属将 会被冷却， 会被冷却，即电能不断 地把A的热量转移到热 地把 的热量转移到热 源中。 源中。