
【化】 electrothermal effect
electricity
【計】 telewriting
【化】 electricity
【醫】 Elec.; electricity; electro-; galvano-
deliver; devote; extend; cause; delicate; fine; incur; send
【化】 heat effect; heating effect
【醫】 heating effect
電緻熱效應(electrocaloric effect)是指某些電介質材料在外加電場作用下産生可逆溫度變化的熱力學現象。該效應源于電場誘導的材料内部極化狀态改變,導緻晶格熵變并伴隨吸熱或放熱過程。當電場強度增加時,偶極子排列有序化會降低系統熵值,若過程為絕熱條件則材料溫度上升;反之撤去電場時材料溫度下降,這一特性使其在固态制冷領域展現出替代傳統壓縮制冷技術的潛力。
從微觀機制分析,鐵電材料中的電緻熱效應最為顯著。美國國家标準與技術研究院(NIST)的實驗表明,钛酸鋇單晶在3MV/m電場強度下可産生2.5K的溫度變化。劍橋大學研究團隊通過改進弛豫鐵電體材料,将絕熱溫變提升至12K,該成果發表于《Science》期刊。中國科學院近期開發的聚合物基複合材料,在0.5MV/m低場強下實現4.2K溫變,顯著提高了能效比。
當前研究主要聚焦于三類材料體系:無機鈣钛礦氧化物、有機聚合物以及納米複合介質。德國達姆施塔特工業大學的理論計算證實,納米多層結構可通過界面應變工程調控相變溫度窗口。日本東京工業大學的原型機制冷功率密度已達傳統制冷劑的60%,循環穩定性超過百萬次。
電緻熱效應(也稱焦耳熱效應)是指電流通過導體時,因電阻作用将電能轉化為熱能的現象。以下是其核心原理和關鍵點的詳細解釋:
能量轉換機制
導體的電阻會阻礙電子定向移動,電子在運動過程中與導體晶格原子頻繁碰撞,将動能傳遞給原子,導緻原子熱振動加劇,宏觀表現為發熱現象。
焦耳定律
發熱量可通過公式定量描述:
$$
Q = IRt
$$
其中$Q$為熱量(焦耳),$I$為電流強度,$R$為電阻,$t$為通電時間。該公式表明發熱量與電流平方、電阻及時間成正比。
注:熱電效應包含更廣泛現象(如Seebeck效應、Peltier效應),與焦耳熱有本質區别:
如需了解熱電制冷等擴展内容,可參考相關文獻或查看的完整熱電效應解析。
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