材料的熱電性質(zhì)ppt課件

1、2.2 資料的熱電性能資料的熱電性能 資料的兩端存在資料的兩端存在 電位差電位差產(chǎn)生電流，產(chǎn)生電流， 溫度差溫度差產(chǎn)生熱流。產(chǎn)生熱流。從電子論的觀念看，在金屬和半導(dǎo)體中，無論是從電子論的觀念看，在金屬和半導(dǎo)體中，無論是電流還是熱流，都與電子有關(guān)。故溫度差，電位電流還是熱流，都與電子有關(guān)。故溫度差，電位差，電流，熱流之間存在交叉聯(lián)絡(luò)，這就構(gòu)成了差，電流，熱流之間存在交叉聯(lián)絡(luò)，這就構(gòu)成了熱電效應(yīng)。熱電效應(yīng)。一一 帕耳帖效應(yīng)帕耳帖效應(yīng) 二二 湯姆遜效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)三三 塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng)一一 帕耳帖效應(yīng)帕耳帖效應(yīng)將銅、鉍兩根金屬絲的端點(diǎn)相互銜接將銅、鉍兩根金屬絲的端點(diǎn)相互銜接A,BA,B處成為一閉合

2、回處成為一閉合回路。將兩根鉍絲分別接到直流電源的正、負(fù)極上，通電后發(fā)路。將兩根鉍絲分別接到直流電源的正、負(fù)極上，通電后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)A A接頭變冷，吸熱效應(yīng)；接頭變冷，吸熱效應(yīng)；B B接頭變熱，發(fā)生了放熱效應(yīng)，接頭變熱，發(fā)生了放熱效應(yīng)，這個(gè)景象稱為帕爾帖效應(yīng)這個(gè)景象稱為帕爾帖效應(yīng)1 定義：定義：2 分析緣由：分析緣由：不同的金屬，電子形狀不同，不同的金屬，電子形狀不同，銅鉍接觸時(shí)，電子從銅鉍接觸時(shí)，電子從12，1中電子減少，中電子減少，2中電子增多。中電子增多。1電位為正，電位為正，2電位為負(fù)。電位為負(fù)。這樣不同金屬的接觸面處產(chǎn)生的電勢稱接觸電勢差這樣不同金屬的接觸面處產(chǎn)生的電勢稱接觸電勢差V12+

3、+ + + + 1e 2V12A處：處： 通電后，外加電場使電子挪動(dòng)構(gòu)成電子電流通電后，外加電場使電子挪動(dòng)構(gòu)成電子電流,接觸電勢差接觸電勢差V12將妨礙電子的運(yùn)動(dòng)，電子動(dòng)能減小，減速的電子與金屬離子將妨礙電子的運(yùn)動(dòng)，電子動(dòng)能減小，減速的電子與金屬離子碰撞，從金屬原子那里獲得能量，金屬碰撞，從金屬原子那里獲得能量，金屬 離子能量減小，從離子能量減小，從而使該處溫度降低，變冷，須從外界吸熱。而使該處溫度降低，變冷，須從外界吸熱。eeV12V12B處：處：通電后，接觸電勢差通電后，接觸電勢差V12將加速電子的運(yùn)動(dòng)，電子動(dòng)能添加，將加速電子的運(yùn)動(dòng)，電子動(dòng)能添加，加速的電子與金屬離子碰撞，把獲得的動(dòng)能交

4、給金屬原子，加速的電子與金屬離子碰撞，把獲得的動(dòng)能交給金屬原子，金屬離子能量添加，從而金屬離子能量添加，從而B處溫度添加，變熱，須放熱。處溫度添加，變熱，須放熱。eeV12V12帕爾帖效應(yīng)的運(yùn)用帕爾帖效應(yīng)的運(yùn)用制冷制冷 熱電效應(yīng)的大小主要取決于兩種資料的熱電勢。純金屬資料的導(dǎo)電性好，導(dǎo)熱性也好。用兩種金屬資料組成回路，其熱電勢小，熱電效應(yīng)很弱，制冷效果不明顯(制冷效率不到1%)。 半導(dǎo)體資料具有較高的熱電勢，可以勝利地用來做成小型熱電制冷器。 圖示出圖示出N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體構(gòu)成的熱電偶制冷元件。用型半導(dǎo)體構(gòu)成的熱電偶制冷元件。用銅板和銅導(dǎo)線將銅板和銅導(dǎo)線將N N型半導(dǎo)體和

5、型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體銜接成一個(gè)回路，銅型半導(dǎo)體銜接成一個(gè)回路，銅板和銅導(dǎo)線只起導(dǎo)電的作用。板和銅導(dǎo)線只起導(dǎo)電的作用。 回路中接通電流時(shí)，一個(gè)接點(diǎn)變熱，一個(gè)接點(diǎn)變冷。假回路中接通電流時(shí)，一個(gè)接點(diǎn)變熱，一個(gè)接點(diǎn)變冷。假設(shè)改動(dòng)電流方向，那么兩個(gè)接點(diǎn)處的冷熱作用互易，即：原設(shè)改動(dòng)電流方向，那么兩個(gè)接點(diǎn)處的冷熱作用互易，即：原來的熱接點(diǎn)變成冷接點(diǎn)，原來的冷接點(diǎn)變成熱接點(diǎn)。來的熱接點(diǎn)變成冷接點(diǎn)，原來的冷接點(diǎn)變成熱接點(diǎn)。熱電制冷元件熱電制冷元件 熱電制冷器它不需求一定的工質(zhì)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，熱電制冷器它不需求一定的工質(zhì)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，沒有任何運(yùn)動(dòng)部件。熱電制冷的效率低，半導(dǎo)體資料的沒有任何運(yùn)動(dòng)部件

6、。熱電制冷的效率低，半導(dǎo)體資料的價(jià)錢又很高，而且，由于必需運(yùn)用直流電源，變壓和整價(jià)錢又很高，而且，由于必需運(yùn)用直流電源，變壓和整流安裝往往不可防止，從而添加了電堆以外的附加體積。流安裝往往不可防止，從而添加了電堆以外的附加體積。所以熱電制冷不宜大規(guī)模和大冷量便用。但由于它的靈所以熱電制冷不宜大規(guī)模和大冷量便用。但由于它的靈敏性強(qiáng)，簡一方便，運(yùn)用可靠，冷熱切換容易，非常適敏性強(qiáng)，簡一方便，運(yùn)用可靠，冷熱切換容易，非常適宜于微型制冷領(lǐng)域或有特殊要求的用冷場所。例如，為宜于微型制冷領(lǐng)域或有特殊要求的用冷場所。例如，為空間飛行器上的科學(xué)儀器、電子儀器、醫(yī)療器械中需求空間飛行器上的科學(xué)儀器、電子儀器、醫(yī)

7、療器械中需求冷卻的部位提供冷源等。冷卻的部位提供冷源等。二二 湯姆遜效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)當(dāng)金屬導(dǎo)線兩端，溫度不同，經(jīng)過電流，發(fā)現(xiàn)，假設(shè)電流方向當(dāng)金屬導(dǎo)線兩端，溫度不同，經(jīng)過電流，發(fā)現(xiàn)，假設(shè)電流方向與熱端方向一致時(shí)產(chǎn)生放熱，反之吸熱。這就是湯姆遜效應(yīng)。與熱端方向一致時(shí)產(chǎn)生放熱，反之吸熱。這就是湯姆遜效應(yīng)。1 定義：定義：IT1T2+ +T 1 T2金屬兩端存在溫差：金屬兩端存在溫差：T1 T1 高高 溫溫 T2 T2 低低 溫溫高溫電子動(dòng)能大，低溫電子動(dòng)能小，高溫電子動(dòng)能大，低溫電子動(dòng)能小，電子將從電子將從T1 T2T1 T2， 并在并在T2T2處堆處堆積從而在金屬到體內(nèi)出現(xiàn)電勢差，積從而在金屬到體內(nèi)

8、出現(xiàn)電勢差，稱為溫差電勢差稱為溫差電勢差 V(T1,T2V(T1,T2擴(kuò)擴(kuò) 散散2 分析緣由：分析緣由：V(T1,T2)T1T2+ +V(T1,T2)T1T2I+ +外加電流與外加電流與V(T1,T2)V(T1,T2)同向同向電子從電子從T2 T1T2 T1被被V(T1,T2)V(T1,T2)加速加速在與金屬離子碰撞中傳給金屬離在與金屬離子碰撞中傳給金屬離子能量，使整個(gè)金屬能量升高，子能量，使整個(gè)金屬能量升高，放出熱量。放出熱量。V(T1,T2)T1T2I+ +外加電流與外加電流與V(T1,T2)V(T1,T2)反向反向電子從電子從T1 T2T1 T2被被V(T1,T2)V(T1,T2)減速減

9、速在與金屬離子碰撞中獲得來自金在與金屬離子碰撞中獲得來自金屬離子的能量，使整個(gè)金屬能量屬離子的能量，使整個(gè)金屬能量降低，吸收熱量。降低，吸收熱量。三三 塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng)把兩種不同的金屬導(dǎo)體把兩種不同的金屬導(dǎo)體1，2組成閉合回路，兩接點(diǎn)分別置組成閉合回路，兩接點(diǎn)分別置于于T1和和T2設(shè)設(shè)T1T2兩不同溫度時(shí)，那么在回路中就兩不同溫度時(shí)，那么在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢，構(gòu)成回路電流。這種景象稱塞貝克效應(yīng)。會(huì)產(chǎn)生熱電勢，構(gòu)成回路電流。這種景象稱塞貝克效應(yīng)。1 定義：定義：帕爾帖效應(yīng)帕爾帖效應(yīng)兩金屬接觸產(chǎn)生接觸電勢差兩金屬接觸產(chǎn)生接觸電勢差 V12(T1)V12(T1)， V12(T2)V12(T2)

10、湯姆遜效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)存在溫差的金屬兩端產(chǎn)生溫差電勢差存在溫差的金屬兩端產(chǎn)生溫差電勢差 V1(T1,T2)V1(T1,T2)， V1(T1,T2)V1(T1,T2)2 分析緣由：分析緣由：),(),()()(),(2122112121122112TTVTTVTVTVTT熱電勢：熱電勢：熱電勢與溫差有關(guān)，普通表達(dá)式熱電勢與溫差有關(guān)，普通表達(dá)式 221212112)(21)(),(TTTTaTT不同資料具有不同的不同資料具有不同的同種資料溫差變化，熱電勢變化同種資料溫差變化，熱電勢變化塞貝克效應(yīng)的運(yùn)用塞貝克效應(yīng)的運(yùn)用用于溫度丈量的熱電偶用于溫度丈量的熱電偶常用熱電偶資料常用熱電偶資料 材料材料測溫范圍測溫范圍特點(diǎn)特點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)用鉑鐒鉑鐒10純鉑純鉑0 1000 準(zhǔn)確性高，成本高準(zhǔn)確性高，成本高精密測溫、標(biāo)準(zhǔn)精密測溫、標(biāo)準(zhǔn)銥鐒銥鐒10純銥純銥0 2100 科學(xué)研究科學(xué)研究銥鐒銥鐒40鉑鐒鉑鐒400 1900 氧化、中性氣體氧化、中性氣體鎳鐵鎳鐵鎳銅鎳銅5