
【電】 thermoelectromotive force
熱電動勢(Thermoelectromotive Force)是熱電效應中因溫差産生的電壓現象,其英文對應術語為"thermoelectromotive force"或"Seebeck electromotive force"。該現象由德國物理學家托馬斯·塞貝克于1821年發現,屬于固體物理學與熱力學交叉領域的重要概念。
核心要素包含:
溫差驅動原理:當兩種不同導體(熱電偶材料)的兩端存在溫度梯度時,接觸面會産生電勢差。此現象符合塞貝克效應公式: $$ Delta V = alpha Delta T $$ 其中α為塞貝克系數,ΔT為溫差。
材料依賴性:根據《現代熱電材料與器件》記載,金屬對(如銅-康銅)産生的熱電動勢約為40μV/℃,而半導體材料(如碲化铋)可達200μV/℃以上,材料晶格結構與電子能帶決定其熱電性能。
溫度測量應用:中國國家計量技術規範JJF 1637-2017明确将熱電動勢作為熱電偶測溫的基礎物理量,通過測量電動勢反推溫度值,工業測量精度可達±0.1℃。
《中國大百科全書》第三版物理學卷指出,熱電動勢的精确測量需控制參考端溫度,現代儀器多采用冷端補償技術消除環境溫度幹擾。國際電工委員會IEC 60584标準則規定了八類标準化熱電偶材料組合及其電動勢-溫度對應表。
熱電動勢是指由溫度差異引起的電動勢現象,常見于兩種不同導體組成的回路中。以下是詳細解釋:
熱電動勢是兩種不同導體(或半導體)連接成閉合回路時,當兩端存在溫度差($Delta T$)時,回路中産生的電動勢,也稱為溫差電動勢。這一現象是塞貝克效應(Seebeck effect)的核心表現。
熱電動勢由兩部分組成:
接觸電動勢:
兩種導體接觸時,因自由電子濃度不同(如導體A的$N_a$ > 導體B的$Nb$),電子從高濃度側擴散到低濃度側,形成内建電場。平衡時産生的電位差公式為:
$$E{ab}(T) = frac{kT}{e} lnleft(frac{N_a}{N_b}right)$$
其中$k$為玻爾茲曼常數,$e$為電子電荷。
溫差電動勢(湯姆孫電動勢):
單一導體兩端存在溫度差時,高溫端電子動能較大,向低溫端擴散,形成電勢差。
熱電動勢是熱電偶測溫的基礎原理:兩種不同金屬組成回路,一端為測量端(高溫),另一端為參比端(低溫),通過測量電動勢可推算溫度。
如需進一步了解公式推導或具體材料的熱電勢系數,可參考相關物理或電子工程文獻。
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