
【化】 electrothermal effect
electricity
【计】 telewriting
【化】 electricity
【医】 Elec.; electricity; electro-; galvano-
deliver; devote; extend; cause; delicate; fine; incur; send
【化】 heat effect; heating effect
【医】 heating effect
电致热效应(electrocaloric effect)是指某些电介质材料在外加电场作用下产生可逆温度变化的热力学现象。该效应源于电场诱导的材料内部极化状态改变,导致晶格熵变并伴随吸热或放热过程。当电场强度增加时,偶极子排列有序化会降低系统熵值,若过程为绝热条件则材料温度上升;反之撤去电场时材料温度下降,这一特性使其在固态制冷领域展现出替代传统压缩制冷技术的潜力。
从微观机制分析,铁电材料中的电致热效应最为显著。美国国家标准与技术研究院(NIST)的实验表明,钛酸钡单晶在3MV/m电场强度下可产生2.5K的温度变化。剑桥大学研究团队通过改进弛豫铁电体材料,将绝热温变提升至12K,该成果发表于《Science》期刊。中国科学院近期开发的聚合物基复合材料,在0.5MV/m低场强下实现4.2K温变,显著提高了能效比。
当前研究主要聚焦于三类材料体系:无机钙钛矿氧化物、有机聚合物以及纳米复合介质。德国达姆施塔特工业大学的理论计算证实,纳米多层结构可通过界面应变工程调控相变温度窗口。日本东京工业大学的原型机制冷功率密度已达传统制冷剂的60%,循环稳定性超过百万次。
电致热效应(也称焦耳热效应)是指电流通过导体时,因电阻作用将电能转化为热能的现象。以下是其核心原理和关键点的详细解释:
能量转换机制
导体的电阻会阻碍电子定向移动,电子在运动过程中与导体晶格原子频繁碰撞,将动能传递给原子,导致原子热振动加剧,宏观表现为发热现象。
焦耳定律
发热量可通过公式定量描述:
$$
Q = IRt
$$
其中$Q$为热量(焦耳),$I$为电流强度,$R$为电阻,$t$为通电时间。该公式表明发热量与电流平方、电阻及时间成正比。
注:热电效应包含更广泛现象(如Seebeck效应、Peltier效应),与焦耳热有本质区别:
如需了解热电制冷等扩展内容,可参考相关文献或查看的完整热电效应解析。
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