[科普中國]-珀耳帖效應(yīng)

珀耳帖效應(yīng)是指當(dāng)有電流通過不同的導(dǎo)體組成的回路時，除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱外，在不同導(dǎo)體的接頭處隨著電流方向的不同會分別出現(xiàn)吸熱、放熱現(xiàn)象。這是J.C.A.珀耳帖在1834年發(fā)現(xiàn)的。如果電流通過導(dǎo)線由導(dǎo)體1流向?qū)w2，則在單位時間內(nèi)，導(dǎo)體1處單位面積吸收的熱量與通過導(dǎo)體1處的電流密度成正比。

簡單可以理解為：外加電場作用下，電子發(fā)生定向運動，將一部分內(nèi)能帶到電場另一端。

簡介當(dāng)有電流通過不同的導(dǎo)體組成的回路時，除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱外，在不同導(dǎo)體的接頭處隨著電流方向的不同會分別出現(xiàn)吸熱、放熱現(xiàn)象。如果電流從自由電子數(shù)較高的一端A流向自由電子數(shù)較低的一端B，則B端的溫度就會升高；反之，B端的溫度就會降低。這是J.C.A.珀耳帖在1834年發(fā)現(xiàn)的。如果電流由導(dǎo)體1流向?qū)w2，則在單位時間內(nèi)，接頭處吸收/放出的熱量與通過接頭處的電流密度成正比12稱為珀耳帖系數(shù)，與接頭處材料的性質(zhì)及溫度有關(guān)。這一效應(yīng)是可逆的，如果電流方向反過來，吸熱便轉(zhuǎn)變成放熱1。

效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1834年法國科學(xué)家珀爾貼發(fā)現(xiàn)了熱電致冷和致熱現(xiàn)象－即溫差電效應(yīng)。由N、P型材料組成一對熱電偶， 當(dāng)熱電偶通入直流電流后，因直流電通入的方向不同， 將在電偶結(jié)點處產(chǎn)生吸熱和放熱現(xiàn)象，稱這種現(xiàn)象為珀爾帖效應(yīng)。

半導(dǎo)體制冷器半導(dǎo)體制冷器，也叫熱電制冷器或溫差制冷器，它采用了帕爾貼效應(yīng)2。

塞貝克效應(yīng)如果兩種不同的導(dǎo)體連接成回路，且兩接頭的溫度T1和T2不同時，則回路中產(chǎn)生電動勢,會有電流出現(xiàn)。此現(xiàn)象是T.J.塞貝克在1821年發(fā)現(xiàn)的。溫差電動勢與兩接頭的溫度勢及兩種材料的性質(zhì)有關(guān)，可用溫差電動勢率S12，即單位溫差產(chǎn)生的電動勢來描述這一效應(yīng)。

湯姆孫效應(yīng)1856年W.湯姆孫(即開爾文)用熱力學(xué)分析上述兩種溫差電效應(yīng)時指出，還應(yīng)有第三種溫差電現(xiàn)象存在。后來有人在實驗上發(fā)現(xiàn)，如果在存在溫度梯度的均勻?qū)w中通有電流時，導(dǎo)體中除了產(chǎn)生不可逆的焦耳熱外，還要吸收或放出一定的熱量，這一現(xiàn)象定名為湯姆孫效應(yīng)。在單位時間和單位體積內(nèi)吸收或放出的熱量與電流密度j及溫度梯度成正比3。

三種效應(yīng)的關(guān)系溫差電現(xiàn)象：在固態(tài)或液態(tài)導(dǎo)體中，利用三種相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象：塞貝克效應(yīng)、珀耳帖效應(yīng)和湯姆孫效應(yīng)（包括磁場對每個效應(yīng)的影響），把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)換成電能(或其逆過程)的現(xiàn)象。

這三種熱電現(xiàn)象都是可逆的。

在半導(dǎo)體中同樣存在著上述三種溫差電現(xiàn)象，而且效應(yīng)比金屬導(dǎo)體中顯著得多。如金屬中溫差電動勢率約為0～10微伏/攝氏度之間，在半導(dǎo)體中常為幾百微狀/攝氏度，甚至達(dá)到幾毫伏/攝氏度。因此金屬中的塞貝克效應(yīng)主要用于溫差電偶（用作溫度計）；而半導(dǎo)體可用于溫差發(fā)電。珀耳帖效應(yīng)可用于致冷。一級致冷，溫差可達(dá)50～60°C；二級致冷可達(dá)70～80°C；三級致冷可達(dá)90～100°C。由于低溫下材料的致冷性能變差，所以一般只作到三級左右1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)