什么是珀尔帖效应?

什么是珀尔帖效应?,第1张

Peltier指的是一种物理上的效应(中文是:珀耳帖效应或者塞贝克效应),应用Peltier特性制成的散热器就是Peltier散热器了(有的人称之为半导体/陶瓷制冷器)。

Peltier制冷器由两种特性不同的导电物料构成,当电流通过两者的时候,就会形成温度差:一面热、一面冷。

珀尔帖效应的论述很简单——当电流通过热电偶时,其中一个结点散发热而另一个结点吸收热,这个现象由法国物理学家Jean Peltier在1834年发现。

半导体致冷器是由半导体所组成的一种冷却装置,於1960左右才出现,然而其理论基础Peltier effect可追溯到19世纪。如图是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路。

通上电源之後,冷端的热量被移到热端,导致冷端温度降低,热端温度升高,这就是著名的Peltier effect 。这现象最早是在1821年,由一位德国科学家Thomas Seeback首先发现,不过他当时做了错误的推论,并没有领悟到背後真正的科学原理。到了1834年,一位法国表匠,同时也是兼职研究这现象的物理学家 Jean Peltier,才发现背後真正的原因,这个现象直到近代随著半导体的发展才有了实际的应用,也就是[致冷器]的发明(注意,这种叫致冷器,还不叫半导体致冷器)。

1834年,法国物理学家Jean Charles Athanase Peltier(英语发音:/ˈpɛltjeɪ/法语发音:[pɛl.tje],中文译作帕尔帖、珀耳帖或佩尔蒂)发现了珀耳帖效应。这个效应是:

当有电流通过不同的导体(a和b)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。如果电流从自由电子密度较高的一端a流向自由电子密度较低的一端b,则b端的温度就会升高;反之,b端的温度就会降低。

吸热或放热的量满足以下关系:

Q = (Πa - Πb)I

其中Πa、Πb分别是导体a和导体b的Peltier系数。

珀耳帖效应的示意图。红色一端的导体从蓝色一端的导体吸热,然后释放到周围环境中。

珀耳帖效应是塞贝克效应(Seebeck effect)的逆效应。珀耳帖效应、塞贝克效应和

汤姆孙效应(Thomson effect)三者合称热电效应。

根据珀耳帖效应可以制造半导体制冷元件。

相比根据卡诺热机原理制造的压缩机,半导体制冷的优点是:体积可以做得很小,无运动部件(所以寿命比较长),无需致冷剂,启动响应速度快(所以更适用于需要精确温控的地方)

但其缺点是,致冷效率只有压缩机致冷方式的1/4左右,所以不适用于需要大功率致冷的地方。

一个USB供电的半导体制冷装置(用来冷却饮料)


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