谁能解释一下电的热效应原理以及热电效应原理
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/23 23:50:32
谁能解释一下电的热效应原理以及热电效应原理
谁能解释一下电的热效应原理以及热电效应原理
谁能解释一下电的热效应原理以及热电效应原理
电流通过导体时,会因为导体电阻而损耗掉部分能量,这部分能量转换为热能,就形成了电的热效应.
电制冷的理论基础是固体的热电效应,在无外磁场存在时,它包括五个效应,导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应.
1.西伯克(seebeck)效应
有两种不同导体组成的开路中,如果导体的两个结点存在温度差,这开路中将产生电动势E.这就是西伯克效应.由于西伯克效应而产生的电动势称作温差电动势.
材料的西伯克效应的大小,用温差电动势率表示.材料相对于某参考材料的温差电动势率为
(1)
由两种不同材料P、N所组成的电偶,它们的温差电动势率 等于 与 之差,即
(2)
热电制冷中用P型半导体和N型半导体组成电偶.两材料对应的 和 ,一个为负,一个为正.取其绝对值相加,并将 直接简化记作,有
(3)
2.帕尔帖(peltire)效应
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 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 表示
(4)
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 （或简单记作 ）有 (5)
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
(6)
式中 T ----- 结点处的温度,K.
3.汤姆逊效应
电流通过具有温度梯度的均匀导体时,导体将吸收或放出热量.这就是汤姆逊效应.由汤姆逊效应产生的热流量,称汤姆逊热,用符号 表示
(7)
式中 ----- 汤姆逊系数,；
―― ----- 温度差,K；
――I ----- 电流,A.
在热电制冷分析中,通常忽略汤姆逊效应的影响.另外,需指出：以上热电效应在电流反向时是可逆的.由于固体系统存在有限温差和热流,所以热电制冷是不可逆热力学过程.