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热电效应所谓的热电效应,是当受热物体中的电子(空穴),因随着温度梯度由高温区往低温区移动时,所产生电流或电荷堆积的一种现象。而这个效应的大小,则是用称为thermopower(Q)的参数来测量,其定义为Q=E/-dT(E为因电荷堆积产生的电场,dT则是温度梯度)。

中文名:热电效应

外文名:thermo electric effect

实 质:一种现象

原 因:产生电流或电荷堆积

对 象:受热物体中的电子

简介

明矾石Alunite六方晶系KAl3(OH)6(SO4)2为含氢氧根的钾,钠,铝硫酸盐矿物,其解理面呈珍珠光泽,其余的面呈玻璃光泽。硬度3.5~4,条痕白色,比重2.58~2.75,有灰,白,稍黄,稍红等颜色.具强烈的热电效应,不溶于水,几乎不溶于盐酸,硝酸,氢氟酸和氨水等,但能溶于强碱及硫酸或高氯酸.明矾石为不规则矿床及矿脉,大屯山火山群之明矾石成细粒结晶而与石英,蛋白石及粘土矿物共生,有些成脉状,有些交代安山岩中之基质及结晶.金瓜石之明矾石,在矿床及变质围岩中呈粒状或鳞片状产出。为明矾及硫酸钾的来源,另可提炼铝及造纸,食品加工,净水剂,染料等用途。

选用具有明显的热电效应的稀有矿物石为原料,加入到墙体材料中,在与空气接触中,可发生极化,并向外放电,起到净化室内空气的作用。

热电效应

生物热电

美国科学家发现,鲨鱼鼻子里的一种胶体能把海水温度的变化转换成电信号,传送给神经细胞,使鲨鱼能够感知细微的温度变化,从而准确地找到食物。科学家猜测,其他动物体内也可能存在类似的胶体.这种因温差而产生电流的性质与半导体材料的热电效应类似,人工合成这种胶体,有望在微电子工业领域获得应用。

美国旧金山大学的一位科学家在英国自然》杂志上报告说,他从鲨鱼鼻子的皮肤小孔里提取了一种与普通明胶相似的胶体,发现它对温度非常敏感,0.1摄氏度的温度变化都会使它产生明显的电压变化。

鲨鱼鼻子的皮肤小孔布满了对电流非常敏感的神经细胞.海水的温度变化使胶体内产生电流,刺激神经,使鲨鱼感知到温度差异。科学家认为,借助这种胶体,鲨鱼能感知到0.001摄氏度的温度变化,这有利于它们在海水中觅食。

哺乳动物靠细胞表面的离子通道感知温度:外界温度变化导致带电的离子进出通道,产生电流,刺激神经,从而使动物感知冷暖。与哺乳动物的这种方式不同,鲨鱼利用胶体,不需要离子通道也能感知温度变化。

生活应用

热电制冷又称作差电制冷,或半导体制冷,它是利用热电效应(帕尔帖效应)的一种制冷方法。

1834年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝,在将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上,通电后,发现一个接头变热,另一个接头变冷。这说明两种不同材料组成的电回路在有直流电通过时,两个接头处分别发生了吸放热现象。这就是热电制冷的依据。

半导体材料具有较高的热电势可以成功地用来做成小型热电制冷器。图1示出N型半半导体和P型半导体构成的热电偶制冷元件。用铜板和铜导线将N型半导体和P型半导体连接成一个回路,铜板铜导线只起导电的作用。此时,一个接点变热,一个接点变冷。如果电流方向反向,那么结点处的冷热作用互易。

热电制冷器的产冷量一般很小,所以不宜大规模和大制冷量使用。但由于它的灵活性强,简单方便冷热切换容易,非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场所。

热电制冷的理论基础是固体的热电效应,在无外磁场存在时,它包括五个效应,导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。

一般的冷气与冰箱运用化物当冷媒,造成臭氧层的被破坏.无冷媒冰箱(冷气)因而是环境保护的重要因素.利用半导体之热电效应,可制造一个无冷媒的冰箱。

这种发电方法是将热能直接转变成电能,其转变效率受热力学第二定律即柯诺特效率(Carnotefficiency)的限制.早在1822年西伯即已发现,因而热电效应又叫西伯效应(Seebeckeffect)。

它不但与两结温度有关,且与所用导体的性质有关.这种发电法的优点是没有转动的机械部分,不会有磨损现象,故可长久使用,但欲达高效率需要温度很高的热源,有时利用数层热电物质之层叠(cascade或staging)以达高效率的效果.

虽然温差发电已有诸多应用,但长久以来受热电转换效率和较大成本的限制,温差电技术向工业和民用产业的普及受到很大制约。虽然最近几年随着能源与环境危机的日渐突出,以及一批高性能热电转换材料的开发成功,温差电技术的研究又重新成为热点,但突破的希望还是在于转换效率的稳定提高 [1]

视频

利用热电效应做出的小装置,用蜡烛给手机充电

参考文献