什么是帕尔贴效应?半导体制冷原理是什么

什么是帕尔贴效应?半导体制冷原理是什么,第1张

     帕尔效应是指两个不同导体接通后,通上直流电,在接头处产生吸热或放热现象,这种热量即为帕尔贴热,大小与电流成正比,这种效应是可逆的。半导体制冷原理是通过半导体材料的温差效应,使直流电通过由两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶对的两端将吸收或放出热量。

电气柜内可以安装半导体制冷。

利用半导体 PN 结的  “帕尔贴”  效应,就可以做半导体制冷的。例如:汽车冷暖保温箱(半导体制冷块改变电源极性,就可以达到冷热转换的)。市售的  半导体制冷块  ,就是利用半导体 PN 结的帕尔贴效应制冷的。你可以到网上搜索,产品还是很好买到的。

半导体制冷工作原理:

若将电源反接,则接点处的温度相反变化。这一现象称为珀耳帖效应,又称热-电效应。纯金属的热电效应很小,若用一个N型半导体和一个P型半导体代替金属,效应就大得多。接通电源后,上接点附近产生电子空穴对,内能减小,温度降低,向外界吸热,称为冷端。

另一端因电子空穴对复合,内能增加,温度升高,并向环境放热,称为热端。一对半导体热电元件所产生的温差和冷量都很小,实用的半导体制冷器是由很多对热电元件经并联、串联组合而成,也称热电堆。

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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