[科普中国]-温差电现象

温差电现象（thermoelectric phenomena）是由温差而引起电动势以及由电流而引起吸热和放热的现象。又称热电现象。它包括塞贝克、珀耳帖及汤姆孙等三个效应。

温差电效应温差电效应研究是一门古老而又年轻的学科，它很好的将温度差异和电压的产生两者联系起来，被广泛应用于高温测量、温差发电等领域。构成温差电技术的基础有三个基本效应：塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应。早在1821年，德国科学家塞贝克就发现了温差电的第一个效应，所以，人们称之为塞贝克效应——将两种不同的金属连接，构成一个闭合回路，如果两个接头处存在温差，回路中便产生电流。该效应便成了温差发电的技术基础。1834年法国科学家珀尔帖发现电致冷所依赖的珀尔帖效应，它是塞贝克效应的逆效应——将两种不同的金属连接，构成一个闭合回路，如果回路中存在直流电流，两个接头之间便会产生温差。而第三个效应——汤姆逊效应，是汤姆逊在1856年发现的1。

塞贝克效应将两个不同导体（或半导体）两端相连，组成一回路，当两个接头处在不同温度时，在回路中有电动势产生的现象。1821年由德国物理学家T.塞贝克发现。这电动势称为温差电动势。单位温度差所产生的电动势称为温差电动势率：

α12=ε/ΔT

式中ε为温差电动势，ΔT为两个接头的温度差。温差电动势率的数值决定于两种连接材料的性质，它可表示成：

α12=α1－α2

式中α1、α2为只与材料有关的参量，称为材料1和材料2的绝对温差电动势率。半导体的绝对温差电动势率约比金属的大1,000倍。温差电动势率也与温度有关，随着温度的上升稍有下降。金属的塞贝克效应常被应用于测量温度，而半导体的塞贝克效应常可被用来将热能直接转化成电能，即制成半导体温差发电器。2

珀耳帖效应当有电流通过由两种不同材料组成的回路时，在两种材料的接头处会发生吸热或放热的现象。1834年由法国物理学家J.珀耳帖发现。若由导体1到导体2流过接头的电流为I，接头处单位时间内吸收或放出热量为Q，则有：

Q=Π12I

式中Π12称为珀耳帖系数，正时表示吸热，负时表示放热。珀耳帖效应是可逆现象，当电流反向时，原来在接头处吸热的变为放热，原来放热的变为吸热，即：

Π12=－Π21

珀耳帖系数与两种连接材料的性质及接头处的温度有关，亦可表示成：

Π12=Π1－Π2

这里Π1、Π2只与材料的性质有关，它们与材料1及材料2的绝对温差电动势率α1、α2成正比：

Π1=α1T

Π2=α2T

式中T为接头处的绝对温度。由此可见，半导体的珀耳帖系数也比金属大得多。利用半导体的珀耳帖效应可制造致冷机。在制作温差发电机及致冷机时，为了提高效率必须选择绝对温差电动势率高，而热导率及电阻率低的材料，常采用一综合参量——优值Z来衡量材料的优劣：

Z=α2/μρ

式中μ及ρ分别表示热导率及电阻率。半导体Bi2Te3被认为是一种重要的温差电材料，它的绝对温差电动势率α约为2×10伏/开，μ=1.5瓦/(米·开)，ρ=10－5欧·米，可得Z≈2.7×10－3/开。

汤姆孙效应当有电流流过存在温度梯度的导体（或半导体）时，除焦耳热外，还会产生附加的吸热或放热的现象。1856年由英国物理学家W.汤姆孙发现，称为汤姆孙效应。单位时间单位体积所吸收或放出的热量可表示为：

Q=σjΔT/Δx

式中j为流过导体的电流密度，ΔT为导体两端的温度差，Δx为导体的长度。σ称为汤姆孙系数。汤姆孙效应是可逆的热效应，当电流反向时吸热的变成放热。σ的大小及符号决定于材料的性质与温度，它与材料的绝对温差电动率有下面的关系：

α=∫0TσdT/T

上式提供了一种测量绝对温差电动势率的方法3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学