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改变世界的科技——塞贝克效应

发布时间:2015-08-18作者:冬阳行者

“塞贝克效应”最早由德国科学家塞贝克于1821年时发现,并于1822年至1823年之间经过研究,并提出此项理论。

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1821年,塞贝克将两种不同的金属导线连接在一起,构成一个电流回路。他将两条导线首尾相连形成一个结点,他突然发现,如果把其中的一个结加热到很高的温度而另一个结保持低温的话,电路周围存在磁场。他实在不敢相信,热量施加于两种金属构成的一个结时会有电流产生,这只能用热磁电流或热磁现象来解释他的发现。在接下来的两年里时间(1822~1823),塞贝克将他的持续观察报告给普鲁士科学学会,把这一发现描述为“温差导致的金属磁化”。这就是所谓的热电效应。

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塞贝克效应,又称作第一热电效应,它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。

在两种金属A和B组成的回路中,如果使两个接触点的温度不同,则在回路中将出现电流,称为热电流。相应的电动势称为热电势,其方向取决于温度梯度的方向。一般规定热电势方向为:在热端电流由负流向正。塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差(电压),该电势差取决于两种金属中的电子溢出功不同及两种金属中电子浓度不同造成的。

改变世界的科技——塞贝克效应

在这里给出准确定义:若将导体(或半导体)A和B的两端相互紧密接触组成环路,若在两联接处保持不同温度T1与T2,则在环路中将由于温度差而产生温差电动势。在环路中流过的电流称为温差电流,这种由两种物理性质均匀的导体(或半导体)组成的上述装置称为温差电偶(或热电偶)。

塞贝克效应主要针对半导体和金属提出,其中半导体产生塞贝克效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果,而金属产生塞贝克效应得主要原因则是电子从热端向冷端的扩散和受电子自由程的影响。因此,半导体的塞贝克效应更为明显。

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塞贝克效应发现之后,人们利用塞贝克效应制成温差电偶,即热电偶来测量温度。只要选用适当的金属作热电偶材料,就可轻易测量到从-180℃到+2000℃的温度,如此宽泛的测量范围,令酒精或水银温度计望尘莫及。热电偶温度计,甚至可以测量高达+2800℃的温度!


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