关于温差电现象介绍

[拼音]：wenchadian xianxiang

[外文]：thermoelectric phenomena

在固态或液态导体中，利用三种相互关联的现象:塞贝克效应、珀耳帖效应和汤姆孙效应（包括磁场对每个效应的影响），把内能直接转换成电能(或其逆过程)的现象。

如果两种不同的导体连接成回路，且两接头的温度T1和T2不同时，则回路中产生电动势，会有电流出现。此现象是T.J.塞贝克在1821年发现的。温差电动势与两接头的温度势及两种材料的性质有关，可用温差电动势率S12，即单位温差产生的电动势来描述这一效应

，

式中嘷12为温差电动势。

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J.C.A.珀耳帖在1834年发现的。如果电流由导体1流向导体2，则在单位时间内，接头处单位面积吸收的热量与通过接头处的电流密度成正比

，

Ⅱ12 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。

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现象存在。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，导体中除了产生不可逆的焦耳热外，还要吸收或放出一定的热量，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与电流密度j及温度梯度成正比

，

式中μL称为汤姆孙系数，与材料的性质有关。

这三种热电现象都是可逆的。汤姆孙用热力学得出上述三种热电效应的输运系数之间存在如下关系

，

。

这称为第一和第二汤姆孙关系式，为实验所证实。

在半导体中同样存在着上述三种温差电现象，而且效应比金属导体中显著得多。如金属中温差电动势率约为0～10微伏/摄氏度之间，在半导体中常为几百微状/摄氏度，甚至达到几毫伏／摄氏度。因此金属中的塞贝克效应主要用于温差电偶（用作温度计）；而半导体可用于温差发电。珀耳帖效应可用于致冷（见温差发电和致冷）。目前一级致冷，温差可达50～60°C；二级致冷可达70～80°C;三级致冷可达90～100°C。由于低温下材料的致冷性能变差，所以一般只作到三级左右。