
【化】 pyroelectricity
ardent; caloric; craze; eager; fever; heat; hot; warm
【化】 heat
【醫】 calor; cauma; febris; fever; fievre; heat; hyperthermia; hyperthermy
phlegmasia; phlegmonosis; pyreto-; pyro-; therm-; thermo-
【醫】 electric phenomenon
熱電現象(Thermoelectric Phenomenon)是材料中熱能轉換為電能或電能控制熱能的一類物理效應,其核心機制基于溫差與電勢的相互耦合關系。該現象在能源轉換、溫度傳感等領域具有重要應用價值,主要包含以下三種基礎效應:
塞貝克效應(Seebeck Effect)
當兩種不同導體或半導體材料連接成回路,并在兩端形成溫差時,回路中會産生電動勢。這一效應由德國物理學家托馬斯·塞貝克于1821年發現,是熱電發電技術的基礎原理。例如,工業餘熱回收系統中常利用該效應将廢熱轉化為電能。
帕爾貼效應(Peltier Effect)
與塞貝克效應相反,當電流通過兩種不同材料的連接點時,連接處會吸收或釋放熱量,從而實現主動制冷或加熱。該效應被應用于精密溫控設備,如激光器冷卻模塊。
湯姆遜效應(Thomson Effect)
在單一均勻導體中,當同時存在溫度梯度和電流時,導體内部會産生額外的吸熱或放熱現象。這一效應揭示了熱電能量轉換過程的不可逆性,對材料熱力學研究具有理論意義。
從漢英詞典釋義角度,"熱電現象"對應的英文術語為"Thermoelectric Phenomena",其詞根"thermo-"(熱)與"electric"(電)直接體現了能量形式的耦合關系。當前研究聚焦于提升材料的熱電優值(ZT值),通過納米結構工程、能帶調控等手段優化電導率與熱導率的比值。
熱電現象是指材料在溫度變化或溫度梯度下産生電勢差或電流的物理現象,主要涉及三種基本效應:塞貝克效應、珀爾貼效應和湯姆遜效應。以下是詳細解釋:
當兩種不同導體(或半導體)A和B連接成閉合回路,若兩端的接觸點存在溫度差(T₁和T₂),回路中會産生電動勢(稱為熱電動勢),從而形成電流。這種現象由德國科學家塞貝克于1821年發現,是熱電偶測溫的基礎原理。
公式:
$$
E = alpha Delta T
$$
其中,E為熱電動勢,α為塞貝克系數,ΔT為溫度差。
與塞貝克效應互為逆過程,當電流通過兩種不同導體的接觸點時,接觸處會吸收或釋放熱量。該效應由法國科學家珀爾貼于1834年發現,常用于半導體制冷技術。
公式:
$$
Qp = Pi{12} I
$$
Qₚ為吸/放熱速率,Π₁₂為珀爾貼系數,I為電流。
單一導體中存在溫度梯度時,電流通過會伴隨額外的吸熱或放熱現象。該效應由英國物理學家威廉·湯姆遜提出,揭示了熱電現象在非均勻溫度場中的表現。
公式:
$$
Q_T = tau I Delta T
$$
Q_T為湯姆遜熱,τ為湯姆遜系數。
熱電現象的本質是材料中載流子(電子或空穴)在溫度梯度下的擴散行為,導緻電荷分離和電勢差。不同材料的電子濃度差異(如銅與鐵接觸)也會形成接觸電勢,進一步影響熱電效應。
如需更深入的技術細節或曆史背景,可參考熱電學相關文獻或教材。
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