
【化】 electrothermal effect
电热效应(Electrocaloric Effect)是电介质材料在外加电场变化时产生的可逆温度变化现象。当电场施加或移除时,材料内部极化状态的改变会引起熵变,进而导致温度升高或降低。该效应与热电效应互为逆过程,常见于钛酸钡(BaTiO₃)等铁电材料中,其数学关系可表示为:
$$
Delta T = -frac{T}{C_E} left( frac{partial P}{partial T} right)_E
$$
其中$Delta T$为温度变化,$T$为初始温度,$C_E$为等电场热容,$P$为极化强度。
近年来,电热效应在固态制冷领域展现出潜力。例如,美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究表明,多层陶瓷电容器可在10kV/mm电场下实现4K的温变,比传统制冷剂更环保。在微电子散热应用中,剑桥大学团队开发的聚合物薄膜能在毫秒级响应时间内实现局部温控。
目前研究聚焦于提升材料的电热系数,德国马普学会通过掺杂铌镁酸铅(PMN-PT)单晶,使绝热温变达到12K,创下室温区最高纪录。中国科学院上海硅酸盐研究所则发现,纳米复合结构可降低材料滞后损耗达40%。
电热效应在不同学科背景下有两种主要解释,需根据具体语境区分:
指热电体在绝热条件下,外加电场改变其永久极化强度时,材料温度发生可逆变化的现象。
即电流通过导体时,电能转化为热能的现象。
特征 | 电热效应(热电材料) | 电流的热效应(焦耳效应) |
---|---|---|
能量转换 | 电场变化↔热能 | 电能→热能 |
条件 | 绝热、极化材料 | 导体通电 |
应用领域 | 固态制冷、精密温控 | 加热设备、日常电器 |
若需进一步了解某类效应的具体机制或实例,可参考对应来源。
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