
【化】 electrothermal effect
電熱效應(Electrocaloric Effect)是電介質材料在外加電場變化時産生的可逆溫度變化現象。當電場施加或移除時,材料内部極化狀态的改變會引起熵變,進而導緻溫度升高或降低。該效應與熱電效應互為逆過程,常見于钛酸鋇(BaTiO₃)等鐵電材料中,其數學關系可表示為:
$$
Delta T = -frac{T}{C_E} left( frac{partial P}{partial T} right)_E
$$
其中$Delta T$為溫度變化,$T$為初始溫度,$C_E$為等電場熱容,$P$為極化強度。
近年來,電熱效應在固态制冷領域展現出潛力。例如,美國國家标準與技術研究院(NIST)的研究表明,多層陶瓷電容器可在10kV/mm電場下實現4K的溫變,比傳統制冷劑更環保。在微電子散熱應用中,劍橋大學團隊開發的聚合物薄膜能在毫秒級響應時間内實現局部溫控。
目前研究聚焦于提升材料的電熱系數,德國馬普學會通過摻雜铌鎂酸鉛(PMN-PT)單晶,使絕熱溫變達到12K,創下室溫區最高紀錄。中國科學院上海矽酸鹽研究所則發現,納米複合結構可降低材料滞後損耗達40%。
電熱效應在不同學科背景下有兩種主要解釋,需根據具體語境區分:
指熱電體在絕熱條件下,外加電場改變其永久極化強度時,材料溫度發生可逆變化的現象。
即電流通過導體時,電能轉化為熱能的現象。
特征 | 電熱效應(熱電材料) | 電流的熱效應(焦耳效應) |
---|---|---|
能量轉換 | 電場變化↔熱能 | 電能→熱能 |
條件 | 絕熱、極化材料 | 導體通電 |
應用領域 | 固态制冷、精密溫控 | 加熱設備、日常電器 |
若需進一步了解某類效應的具體機制或實例,可參考對應來源。
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