材料的热电性质 .pptVIP

2.2 材料的热电性能 材料的两端存在 电位差——产生电流， 温度差——产生热流。 一 帕耳帖效应 二 汤姆逊效应 三 塞贝克效应 热电效应的大小主要取决于两种材料的热电势。纯金属材料的导电性好，导热性也好。用两种金属材料组成回路，其热电势小，热电效应很弱，制冷效果不明显(制冷效率不到1%)。 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。 热电制冷器它不需要一定的工质循环来实现能量转换，没有任何运动部件。热电制冷的效率低，半导体材料的价格又很高，而且，由于必须使用直流电源，变压和整流装置往往不可避免，从而增加了电堆以外的附加体积。所以热电制冷不宜大规模和大冷量便用。但由于它的灵活性强，简单方便，使用可靠，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。例如，为空间飞行器上的科学仪器、电子仪器、医疗器械中需要冷却的部位提供冷源等。 当金属导线两端，温度不同，通过电流，发现，若电流方向与热端方向一致时产生放热，反之吸热。这就是汤姆逊效应。 从电子论的观点看，在金属和半导体中，无论是电流还是热流，都与电子有关。故温度差，电位差，电流，热流之间存在交叉联系，这就构成了热电效应。 三个基本热电效应 一 帕耳帖效应 将铜、铋两根金属丝的端点互相连接（A,B处）成为一闭合回路。将两根铋丝分别接到直流电源的正、负极上，通电后发现A接头变冷，吸热效应；B接头变热，发生了放热效应， 这个现象称为帕尔帖效应 1 定义： 2 分析原因： 不同的金属，电子状态不同， 铜铋接触时，电子从1→2， 1中电子减少，2中电子增多。 1电位为正，2电位为负。 这样不同金属的接触面处产生的电势称接触电势差（V12） + + + + + + + + + + + + 1 ↓e 2 V12 A处： 通电后，外加电场使电子移动形成电子电流,接触电势差V12将阻碍电子的运动，电子动能减小，减速的电子与金属离子碰撞，从金属原子那里获得能量，金属 离子能量减小，从而使该处温度降低，变冷，须从外界吸热。 e e V12 V12 B处： 通电后，接触电势差V12将加速电子的运动，电子动能增加，加速的电子与金属离子碰撞，把获得的动能交给金属原子，金属离子能量增加，从而B处温度增加，变热，须放热。 e e V12 V12 帕尔帖效应的应用——制冷 图示出N型半导体和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，铜板和铜导线只起导电的作用。 回路中接通电流时，一个接点变热，一个接点变冷。如果改变电流方向，则两个接点处的冷热作用互易，即：原来的热接点变成冷接点，原来的冷接点变成热接点。 热电制冷元件 二 汤姆逊效应 1 定义： I T1 T2 + + + + + + + + + + + + T1 T2 温差电势原理图 金属两端存在温差：T1 高 温 T2 低 温 高温电子动能大，低温电子动能小， 电子将从T1 T2， 并在T2处堆 积从而在金属到体内出现电势差， 称为温差电势差 V(T1,T2） 扩 散 2 分析原因： V(T1,T2) T1 T2 + + + + + + + + + + + + V(T1,T2) T1 T2 I + + + + + + + + + + + + 外加电流与V(T1,T2)同向 电子从T2 T1被V(T1,T2)加速 在与金属离子碰撞中传给金属离子能量，使整个金属能量升高， 放出热量。 V(T1,T2) T1 T2 I + + + + + + + + + + + + 外加电流与V(T1,T2)反向 电子从T1 T2被V(T1,T2)减速 在与金属离子碰撞中获得来自金属离子的能量，使整个金属能量降低，吸收热量。 三 塞贝克效应 把两种不同的金属导体1，2组成闭合回路，两接点分别置于T1和T2（设T1＞T2）两不同温度时，则在回路中就会产生热电势，形成回路电流。这种现象称塞贝克效应。 1 2 T1 T2 1 定义： 帕尔帖效应——两金属接触产生接触电势差 V12(T1)， V12(T2) 汤姆逊效应——存在温差的金属两端产生温差电势差 V1(T1,T2)， V1(T1,T2) 1 2 T1 T2 - V1(T1,T2) V2(T1,T2) V12(T1) V12(T2) 2 分析原因： 1 2 T1 T2 - V1(T1,T2) V2(T1,T2) V12(T1) V12(T2) 热电势： 热电势与温差有关，一般表达式 不同材料具有不同的αβ 同种材料温差变化，热电势变化