珀尔帖效应
grxlj · 2008-12-05 12:53 · 27669 次点击
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致冷器采用了珀尔帖效应
两种不同的金属构成闭合回路,当回路中存在直流电流时,两个接头之间将产生温差。这就是珀尔帖效应(PeltierEffect)。帕尔帖效应可以视为塞贝克效应的反效应。通常将塞贝克效应称为热电第一效应,帕尔帖效应称作热电第二效应,汤姆逊效应则称作热电第三效应。帕尔帖效应是法国科学家珀尔帖于1834年发现的。
目录
简介概要
发现过程
发现者
物理原理
实验仪器
生活应用
TEC原理
相关词条
参考资料
简介概要
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半导体致冷器
1834年法国科学家珀尔贴发现了热电致冷和致热现象-即温差电效应。由N、P型材料组成一对热电偶,当热电偶通入直流电流后,因直流电通入的方向不同,将在电偶结点处产生吸热和放热现象,称这种现象为珀尔帖效应。
对帕尔帖效应的物理解释是:电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级,当它从高能级向低能级运动时,便释放出多余的能量;相反,从低能级向高能级运动时,从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。
半导体致冷器,也叫热电致冷器或温差致冷器。就采用了珀尔帖效应。
发现过程
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致冷器原理
珀尔帖现象最早是在1821年,由一位德国科学家ThomasSeeback首先发现,不过他当时做了错误的推论,并没有领悟到背后真正的科学原理。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珀尔帖,才发现背后真正的原因,珀尔帖发现这样一种现象:用两块不同的导体联接成电偶,并接上直流电源,当电偶上流过电流时,会发生能量转移现象,一个接头处放出热量变热,另一个接头处吸收热量变冷,这种现象称作珀尔帖效应。这个现象直到近代随著半导体的发展才有了实际的应用,也就是的发明(注意,这种叫致冷器,还不叫半导体致冷器)。
发现者
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帕尔帖
帕尔帖效应是法国科学家珀尔帖于1834年发现的,所以,一提到帕尔帖的名字,人们很容易将他与帕尔帖效应联系起来,并误以为他是一个物理学家,实际上他至多算个业余的物理学家。
帕尔帖生于法国索姆,他本来是一个钟表匠,30岁那年放弃了这个职业,转而投身到实验与科学观测领域之中。在他撰写的大量论文中,绝大部分都是关于自然现象的观测,譬如天电、龙卷风、天空蓝度测量与光偏振、球体水温、极地沸点等,也有少量博物学方面的论文。
1837年,俄国物理学家愣次(Lenz,1804~1865)发现,电流的方向决定了吸收还是产生热量,发热(制冷)量的多少与电流的大小成正比,比例系数称为“帕尔帖系数”。
Q=л·I=a·Tc·I,其中л=a·Tc
式中:Q——放热或吸热功率
π——比例系数,称为珀尔帖系数
I——工作电流
a——温差电动势率
Tc——冷接点温度
物理原理
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物理原理
电流流过两种不同导体的界面时,将从外界吸收热量,或向外界放出热量。这就是帕尔帖效应。由帕尔帖效应产生的热流量称作帕尔帖热,用符号data/attachment/portal/201111/06/094825eyjwv7jfyvlyygj0.jpg表示。
对帕尔帖效应的物理解释是:电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级,当它从高能级向低能级运动时,便释放出多余的能量;相反,从低能级向高能级运动时,从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。
材料的帕尔贴效应强弱用它相对于某参考材料的帕尔贴系数π表示
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式中I-----流经导体的电流,A。
类似的,对于P型半导体和N型半导体组成的电偶,其帕尔贴系数π。有
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帕尔贴效应与西伯克效应都是温差电效应,二者有密切联系。事实上,它们互为反效应,一个是说电偶中有温差存在时会产生电动势;一个是说电偶中有电流通过时会产生温差。温差电动势率与帕尔贴系数之间存在下述关系
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式中T-----结点处的温度,K。
实验仪器
实用新型属于物理学用的教学仪器。它选用N型半导体和P型半导体组成多个电偶对。当直流电流进N—P型电偶对时,电偶对右端吸热,形成冷端,连接一透明冷室;左端放热,形成热端,连接一散热水箱。配以温度计、毫伏表、可演示珀尔帖效应、赛贝克效应,具有方便、直观、效果明显的优点。作为冷源演示热学现象,是一种不需冷媒的,方便、直观、清洁、无毒害的教学冷源。
其特征是选用N型半导体和P型半导体形成多个电偶对,组成冷板,当直流电流进N—P型电偶对时,电偶对右端吸热,形成冷端,连接一透明冷室,电偶对左端放热,形成热端,连接一散热水箱。
生活应用
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TEC套件
帕尔帖效应发现100多年来并未获得实际应用,因为金属半导体的珀尔帖效应很弱。直到上世纪90年代,原苏联科学家约飞的研究表明,以碲化铋为基的化合物是最好的热电半导体材料,从而出现了实用的半导体电子致冷元件——热电致冷器(ThermoElectriccooling,简称TEC)。
与风冷和水冷相比,半导体致冷片具有以下优势:(1)可以把温度降至室温以下;(2)精确温控(使用闭环温控电路,精度可达±0.1℃);(3)高可靠性(致冷组件为固体器件,无运动部件,寿命超过20万小时,失效率低);(4)没有工作噪音。
TEC原理
TEC基本工作过程:当一块N型半导体和一块P型半导体结成电偶时,只要在这个电偶回路中接入一个直流电源,电偶上就会流过电流,发生能量转移,在一个接点上放热(或吸热),在另一个接点上相反地吸热(或放热)。
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珀尔帖效应
对帕尔帖效应的物理解释是:电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级,当它从高能级向低能级运动时,便释放出多余的能量;相反,从低能级向高能级运动时,从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。在TEC制冷片中,半导体通过金属导流片连接构成回路,当电流由N通过P时,电场使N中的电子和P中的空穴反向流动,他们产生的能量来自晶格的热能,于是在导流片上吸热,而在另一端放热,产生温差。
帕尔帖模块也称作热泵(heatpumps),它既可以用于致热,也可以致冷。半导体致冷片就是一个热传递工具,只要热端(被冷却物体)的温度高于某温度,半导体制冷器便开始发挥作用,使得冷热两端的温度逐渐均衡,从而起到致冷作用。
相关词条
振动效应
邮票效应
共轭效应
首过效应
基调效应
费恩效应
参考资料
1、http://unit.xjtu.edu.cn/epes/webteaching/refrigeration/zlff/rdzl/rdzlylfx_1.htm
2、http://blog.ednchina.com/avan/7968/message.aspx