热电制冷

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    热电效应(Peltier–Seebeck效应)是温度差与电压之间的直接转换,反之亦然。当每边有不同的温度时,热电装置产生的电压。反之,当施加给它电压时,它会产生一个温差。在原子尺度,温度梯度导致材料中的载流子从热端向冷端扩散,类似于古典的气体受热膨胀,因此产生电流。

    这种效应可以用来发电、测量温度或改变物体的温度。由于加热和冷却的方向是取决于施加电压的极性,因此,热电装置是一种有效的温度控制器。

    热电制冷

    Seebeck效应:温差—→电压 (b) Peltier效应:电压—→温差

    热电效应(Peltier–Seebeck效应)

    Seebeck效应

    1821年, Seebeck发现,在两种不同金属组成的闭合线路中,如果两接触点的温度不同,其周围使指南针磁铁偏转。Seebeck最初认为这是由于温差所引起的磁性所致。进一步实验后,他很快就发现这是由于温差所引起的电流导致的磁铁偏转,而且符合电流感应定律。更具体地说,温差产生一个电势(电压),它在封闭的回路中产生电流,这种效应被称为Seebeck效应。

    热电制冷

    Thomas Johann Seebeck, German(1770-1831)

    Seebeck效应产生的电压与两种材料之间交界处的温度差成正比。该比例常数被称为Seebeck系数,也通常称为热电势或热电。该Seebeck电压不依赖于沿两种材料在两个交界处之间的温度分布。这种效应是一个热电偶温度计的测温物理基础。

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    塞贝克效应 (发电)

    Peltier效应

    1834年,法国人Peltier发现,当直流电流通过两种不同导电材料组成的闭合线路时,就会使一个接点变冷,另一个变热。为了实际应用中加大制冷量,会在两个板块之间安装多组电堆,一块板被冷却,另一块被加热。

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    Jean Charles Athanase Peltier, French (1785-1845)

    热电制冷

    Peltier效应 (制冷)

    半导体材料内部结构的特点,决定了它产生的温差电现象比其他金属要显著得多。因此热电制冷一般采用半导体材料,如碲化铋等。

    半导体制冷器的特点:

    (1)导体制冷不用制冷剂,故无泄漏、无污染、清洁卫生。

    (2)半导体制冷无机械传动部分,无噪声、无磨损、寿命长,可靠性高。

    (3)冷却速度与制冷温度可通过改变工作电流的大小任意调节,灵活性很大。

    (4)可用改变电流方向来达到冷热端互换的目的,故可用于高低温恒温器。

    (5)体积和功率都可做得很小。

    (6)制冷效率低。要求的温差越大,所需的级数越多,制冷效率越低。

    (7)需要直流电源,增加了半导体制冷器使用的局限性。

    (8)焊接强度低。使用的高温范围不高,热端的散热非常重要。

    半导体制冷一般用在小型空调器、小型低温冰箱和低温医疗器具等制冷量较小的场合。

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