賽貝克效應(yīng)是指由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。
賽貝克效應(yīng)的原理可以簡單解釋為:在兩種金屬組成的回路中,如果兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度不同,則在回路中將出現(xiàn)電流,稱為熱電流。同時(shí)在該電勢差作用下產(chǎn)生一個(gè)反向電荷流,當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)的電荷流與內(nèi)部電場達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),半導(dǎo)體兩端形成穩(wěn)定的溫差電動(dòng)勢。
賽貝克效應(yīng)在生活中有諸多應(yīng)用,例如利用它可制成溫差電偶(熱電偶)來測量溫度,熱電偶溫度計(jì)可以測量從-180℃到+2800℃的溫度范圍。此外,熱電制冷也是利用熱電效應(yīng)的一種制冷方法,其理論基礎(chǔ)就是固體的熱電效應(yīng)。
塞貝克效應(yīng)的物理本質(zhì)是由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。
塞貝克效應(yīng),也稱為第一熱電效應(yīng),是基于熱電效應(yīng)的一種現(xiàn)象,其中當(dāng)兩種不同材料的接觸點(diǎn)處于不同溫度下時(shí),它們之間會(huì)形成一個(gè)溫度梯度。如果這兩個(gè)材料具有不同的熱電導(dǎo)率和電子遷移率,那么在接觸點(diǎn)附近就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢差。這種電勢差的形成可以簡單解釋為在溫度梯度下導(dǎo)體內(nèi)的載流子從熱端向冷端運(yùn)動(dòng),并在冷端堆積,從而在材料內(nèi)部形成電勢差。同時(shí),在該電勢差作用下產(chǎn)生一個(gè)反向電荷流,當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)的電荷流與內(nèi)部電場達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),半導(dǎo)體兩端形成穩(wěn)定的溫差電動(dòng)勢。半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢較大,可用作溫差發(fā)電器。
塞貝克效應(yīng)的成因可以進(jìn)一步解釋為在溫度梯度下,導(dǎo)體內(nèi)的載流子從熱端向冷端運(yùn)動(dòng),并在冷端堆積,從而在材料內(nèi)部形成電勢差。這種電勢差可以通過連接導(dǎo)線來測量和利用。不同材料的賽貝克系數(shù)是一個(gè)重要參數(shù),它描述了單位溫度差異下產(chǎn)生的電勢差大小。
塞貝克效應(yīng)不僅在基礎(chǔ)物理研究中具有重要意義,其應(yīng)用價(jià)值也備受關(guān)注,特別是在熱電材料的應(yīng)用方面。塞貝克效應(yīng)的物理本質(zhì)不僅解釋了熱電現(xiàn)象的基本原理,也為熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)、溫度測量、節(jié)能應(yīng)用、熱電制冷以及材料分析等領(lǐng)域提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
Peltier效應(yīng)
Peltier效應(yīng),也稱為帕爾帖效應(yīng),是一種電熱轉(zhuǎn)換效應(yīng),當(dāng)電流通過由兩種不同導(dǎo)體組成的回路時(shí),除了產(chǎn)生焦耳熱外,還會(huì)在不同導(dǎo)體的接頭處出現(xiàn)吸熱或放熱的現(xiàn)象。 這個(gè)效應(yīng)是法國物理學(xué)家Jean-Charles Athanase Peltier在1834年發(fā)現(xiàn)的。具體來說,當(dāng)電流從一個(gè)導(dǎo)體流向另一個(gè)時(shí),一個(gè)接頭會(huì)放熱,而另一個(gè)接頭會(huì)吸熱。這種效應(yīng)在半導(dǎo)體材料中表現(xiàn)得尤為明顯,被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制冷技術(shù)中。例如,半導(dǎo)體制冷片利用Peltier效應(yīng)進(jìn)行制冷,其中一個(gè)接頭會(huì)放熱,而另一個(gè)則吸熱,從而實(shí)現(xiàn)制冷效果。此外,Peltier效應(yīng)與Seebeck效應(yīng)(溫差電效應(yīng))密切相關(guān),后者描述的是溫度差異在兩種不同導(dǎo)體間產(chǎn)生電勢差的現(xiàn)象,而Peltier效應(yīng)則是其逆過程,即電流通過不同導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生溫度差異的現(xiàn)象。
半導(dǎo)體制冷片的溫差通常在20-70℃之間。
一、半導(dǎo)體制冷片的工作原理
半導(dǎo)體制冷片是利用半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)(帕爾帖效應(yīng))來實(shí)現(xiàn)制冷的一種技術(shù)。當(dāng)電流通過半導(dǎo)體材料時(shí),會(huì)在不同溫度下產(chǎn)生熱電效應(yīng),使得材料一側(cè)產(chǎn)生冷卻效應(yīng),另一側(cè)則產(chǎn)生加熱效應(yīng),在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)制冷。半導(dǎo)體制冷片制冷過程不需要任何制冷劑,也沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件,因此具有體積小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
二、半導(dǎo)體制冷片溫差的計(jì)算方式
半導(dǎo)體制冷片的溫差是指冷側(cè)溫度和熱側(cè)溫度之間的差值。通常,半導(dǎo)體制冷片的溫差在20-70℃之間。具體的溫差大小取決于多方面因素,如半導(dǎo)體材料的性能、電源輸入電壓、散熱器的散熱能力等。一般來說,制冷片廠家會(huì)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求提供相應(yīng)的溫差值和制冷能力。