热电学（Thermoelectrics）是研究热能直接转换为电能（或反之）的物理现象及其应用技术的学科领域。其核心在于利用材料的热电效应实现热能与电能的相互转换，主要包含三种基础效应：
塞贝克效应（Seebeck Effect）
当两种不同导体或半导体构成回路，且两端存在温差时，回路中会产生电动势（电压）。这是热电发电的基础原理，公式表示为：
$$ V = alpha Delta T $$
其中 ( V ) 为电压，( alpha ) 为塞贝克系数，( Delta T ) 为温差。
帕尔贴效应（Peltier Effect）
电流通过两种不同材料接触点时，接触点会吸收或释放热量，实现制冷或加热。公式为：
$$ Q = Pi I $$
( Q ) 为热流量，( Pi ) 为帕尔贴系数，( I ) 为电流。
汤姆逊效应（Thomson Effect）
电流通过存在温度梯度的均匀导体时，导体除焦耳热外还会额外吸收或释放热量。
材料热电性能由无量纲优值ZT衡量：
$$ ZT = frac{alpha sigma T}{kappa} $$
其中 ( sigma ) 为电导率，( kappa ) 为热导率，( T ) 为绝对温度。ZT值越高，能量转换效率越优。
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热电学是研究热能与电能之间直接相互转换的物理现象及其应用的学科，主要涉及以下核心内容：
塞贝克效应（1821年发现） 当两种不同导体连接成回路，并在接点处存在温差时，回路中会产生电动势。公式为： $$ Delta V = S Delta T $$ 其中$S$是塞贝克系数，$Delta T$为温差。该效应应用于热电发电机，如航天器核电池。
帕尔贴效应（1834年发现） 电流通过不同导体接触点时，会伴随吸热或放热现象。制冷效率由帕尔贴系数$Pi$决定，常用于微型冰箱和CPU散热。
汤姆孙效应（1851年提出） 电流通过存在温度梯度的单一导体时，会产生额外热交换。满足关系： $$ Q = tau I Delta T $$ $tau$为汤姆孙系数，该效应解释了热电现象的不可逆性。
优值系数 $ZT = frac{S sigma T}{kappa}$ 决定材料性能，其中$sigma$为电导率，$kappa$为热导率。目前先进材料如Bi₂Te₃的ZT值约2-3。
当前挑战在于提升材料ZT值，纳米结构工程（如量子点超晶格）和新型拓扑绝缘体材料是重点方向。最新研究通过声子散射抑制热导率，使碲化铅基材料效率提升40%。
该学科在能源危机背景下备受关注，未来可能在分布式发电和零碳技术中发挥关键作用。
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