温差发电汤姆逊效应

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1、温差发电百科名片温差发电温差发电，利用海水的温差进行发电。海洋不同水层之间的温差很大，一般表层水温度比深层或底层水高得多。发电原理是，温水流入蒸发室之后，在低压下海水沸腾变为流动蒸气或丙烷等蒸发气体作为流体，推动透平机旋转，启动交流电机发电；用过的废蒸气进入冷凝室被海洋深层水冷却凝结，再进行循环。据估算，海洋温差能约 15108 千瓦。目录生物的热电效应 热电效应的应用 热电第三效应汤姆逊效应 汤姆逊效应的物理学解释生物的热电效应 热电效应的应用 热电第三效应汤姆逊效应 汤姆逊效应的物理学解释展开编 辑 本 段 生 物 的 热 电 效 应美 国 科 学 家 发 现 ， 鲨 鱼 鼻 子 里 的

2、一 种 胶 体 能 把 海 水 温 度 的 变 化 转 换 成 电 信 号 ， 传 送给 神 经 细 胞 ， 使 鲨 鱼 能 够 感 知 细 微 的 温 度 变 化 ， 从 而 准 确 地 找 到 食 物 _科 学 家 猜测 ， 其 他 动 物 体 内 也 可 能 存 在 类 似 的 胶 体 .这 种 因 温 差 而 产 生 电 流 的 性 质 与 半 导 体 材 料的 热 电 效 应 类 似 ， 人 工 合 成 这 种 胶 体 ， 有 望 在 微 电 子 工 业 领 域 获 得 应 用 。 温 差 发 电美 国 旧 金 山 大 学 的 一 位 科 学 家 在 1 月 30 日 出 版 的 英

3、 国 自 然 杂 志 上 报 告 说 ， 他 从鲨 鱼 鼻 子 的 皮 肤 小 孔 里 提 取 了 一 种 与 普 通 明 胶 相 似 的 胶 体 ， 发 现 它 对 温 度 非 常 敏 感 ，0.1 的 温 度 变 化 都 会 使 它 产 生 明 显 的 电 压 变 化 。 鲨 鱼 鼻 子 的 皮 肤 小 孔 布 满 了 对 电 流 非 常 敏 感 的 神 经 细 胞 .海 水 的 温 度 变 化 使 胶 体内 产 生 电 流 ， 刺 激 神 经 ， 使 鲨 鱼 感 知 到 温 度 差 异 .科 学 家 认 为 ， 借 助 这 种 胶 体 ， 鲨 鱼 能感 知 到 0.001 的 温 度 变

4、 化 ， 这 有 利 于 它 们 在 海 水 中 觅 食 。 哺 乳 动 物 靠 细 胞 表 面 的 离 子 通 道 感 知 温 度 ： 外 界 温 度 变 化 导 致 带 电 的 离 子 进 出 通 道 ，产 生 电 流 ， 刺 激 神 经 ， 从 而 使 动 物 感 知 冷 暖 .与 哺 乳 动 物 的 这 种 方 式 不 同 ， 鲨 鱼 利 用 胶体 ， 不 需 要 离 子 通 道 也 能 感 知 温 度 变 化 。 编 辑 本 段 热 电 效 应 的 应 用热 电 制 冷热 电 制 冷 又 称 作 温 差 电 制 冷 ， 或 半 导 体 制 冷 ， 它 是 利 用 热 电 效 应 （

5、帕 尔 帖 效 应 ）的 一 种 制 冷 方 法 。 热 电 效 应1834 年 法 国 物 理 学 家 帕 尔 帖 在 铜 丝 的 两 头 各 接 一 根 铋 丝 ， 在 将 两 根 铋 丝 分 别 接 到直 流 电 源 的 正 负 极 上 ， 通 电 后 ， 发 现 一 个 接 头 变 热 ， 另 一 个 接 头 变 冷 。 这 说 明 两 种 不 同材 料 组 成 的 电 回 路 在 有 直 流 电 通 过 时 ， 两 个 接 头 处 分 别 发 生 了 吸 放 热 现 象 。 这 就 是 热 电制 冷 的 依 据 。 温 差 发 电半 导 体 材 料 具 有 较 高 的 热 电 势 可

6、 以 成 功 地 用 来 做 成 小 型 热 电 制 冷 器 。 图 1 示 出 N 型半 导 体 和 P 型 半 导 体 构 成 的 热 电 偶 制 冷 元 件 。 用 铜 板 和 铜 导 线 将 N 型 半 导 体 和 P 型半 导 体 连 接 成 一 个 回 路 ， 铜 板 和 铜 导 线 只 起 导 电 的 作 用 。 此 时 ， 一 个 接 点 变 热 ， 一 个 接点 变 冷 。 如 果 电 流 方 向 反 向 ， 那 么 结 点 处 的 冷 热 作 用 互 易 。 热 电 制 冷 器 的 产 冷 量 一 般 很 小 ， 所 以 不 宜 大 规 模 和 大 制 冷 量 使 用 。

7、但 由 于 它 的 灵 活性 强 ， 简 单 方 便 冷 热 切 换 容 易 ， 非 常 适 宜 于 微 型 制 冷 领 域 或 有 特 殊 要 求 的 用 冷 场 所 。 热 电 制 冷 的 理 论 基 础 是 固 体 的 热 电 效 应 ， 在 无 外 磁 场 存 在 时 ， 它 包 括 五 个 效 应 ， 导热 、 焦 耳 热 损 失 、 西 伯 克 (Seebeck)效 应 、 帕 尔 帖 (Peltire)效 应 和 汤 姆 逊 (Thomson)效应 。 一 般 的 冷 气 与 冰 箱 运 用 氟 氯 化 物 当 冷 媒 ， 造 成 臭 氧 层 的 被 破 坏 .无 冷 媒 冰 箱

8、 (冷 气 )因而 是 环 境 保 护 的 重 要 因 素 .利 用 半 导 体 之 热 电 效 应 ， 可 制 造 一 个 无 冷 媒 的 冰 箱 。 这 种 发 电 方 法 是 将 热 能 直 接 转 变 成 电 能 ， 其 转 变 效 率 受 热 力 学 第 二 定 律 即 柯 诺 特效 率 (Carnotefficiency)的 限 制 .早 在 1822 年 西 伯 即 已 发 现 ， 因 而 热 电 效 应 又 叫 西 伯 效 应(Seebeckeffect)。 编 辑 本 段 热 电 第 三 效 应 汤 姆 逊 效 应威 廉 汤 姆 逊 1824 年 生 于 爱 尔 兰 ， 父

9、亲 詹 姆 士 是 贝 尔 法 斯 特 皇 家 学 院 的 数 学 教 授 ，后 因 任 教 格 拉 斯 哥 大 学 ， 在 威 廉 8 岁 那 年 全 家 迁 往 苏 格 兰 的 格 拉 斯 哥 。 汤 姆 逊 十 岁 便入 读 格 拉 斯 哥 大 学 (你 不 必 惊 讶 ， 在 那 个 时 代 ， 爱 尔 兰 的 大 学 会 取 录 最 有 才 华 的 小 学生 )， 约 在 14 岁 开 始 学 习 大 学 程 度 的 课 程 ， 15 岁 时 凭 一 篇 题 为 “地 球 形 状 ”的 文 章 获得 大 学 的 金 奖 章 。 汤 姆 逊 后 来 到 了 剑 桥 大 学 学 习 ，

10、并 以 全 年 级 第 2 名 的 成 绩 毕 业 。 他毕 业 后 到 了 巴 黎 ， 在 勒 尼 奥 的 指 导 下 进 行 了 一 年 实 验 研 究 。 1846 年 ， 汤 姆 逊 再 回 到格 拉 斯 哥 大 学 担 任 自 然 哲 学 (即 现 在 的 物 理 学 ) 教 授 ， 直 到 1899 年 退 休 为 止 。 汤 姆 逊 在 格 拉 斯 哥 大 学 创 建 了 第 一 所 现 代 物 理 实 验 室 ； 24 岁 时 发 表 一 部 热 力 学专 著 ， 建 立 温 度 的 “绝 对 热 力 学 温 标 ”； 27 岁 时 发 表 热 力 学 理 论 一 书 ， 建

11、立 热 力学 第 二 定 律 ， 使 其 成 为 物 理 学 基 本 定 律 ； 与 焦 耳 共 同 发 现 气 体 扩 散 时 的 焦 耳 汤 姆 逊 效应 ； 历 经 9 年 建 立 欧 美 之 间 永 久 大 西 洋 海 底 电 缆 ， 由 此 获 得 “开 尔 文 勋 爵 ”的 贵 族 称 号 。 汤 姆 逊 一 生 研 究 范 围 相 当 广 泛 ， 他 在 数 学 物 理 、 热 力 学 、 电 磁 学 、 弹 性 力 学 、 以 太理 论 和 地 球 科 学 等 方 面 都 有 重 大 的 贡 献 。 撇 开 这 些 不 谈 ， 回 到 “汤 姆 逊 效 应 ”这 个 主题 上

12、来 。 在 介 绍 汤 姆 逊 效 应 之 前 ， 还 是 先 介 绍 一 下 前 人 所 做 的 工 作 。 1821 年 ， 德 国 物 理 学 家 塞 贝 克 发 现 ， 在 两 种 不 同 的 金 属 所 组 成 的 闭 合 回 路 中 ， 当两 接 触 处 的 温 度 不 同 时 ， 回 路 中 会 产 生 一 个 电 势 ， 此 所 谓 “塞 贝 克 效 应 ”。 1834 年 ，法 国 实 验 科 学 家 帕 尔 帖 发 现 了 它 的 反 效 应 ： 两 种 不 同 的 金 属 构 成 闭 合 回 路 ， 当 回 路 中 存在 直 流 电 流 时 ， 两 个 接 头 之 间 将

13、 产 生 温 差 ， 此 所 谓 珀 尔 帖 效 应 。 1837 年 ， 俄 国 物 理学 家 愣 次 又 发 现 ， 电 流 的 方 向 决 定 了 吸 收 还 是 产 生 热 量 ， 发 热 （ 制 冷 ） 量 的 多 少 与 电 流的 大 小 成 正 比 。 1856 年 ， 汤 姆 逊 利 用 他 所 创 立 的 热 力 学 原 理 对 塞 贝 克 效 应 和 帕 尔 帖 效 应 进 行 了 全面 分 析 ， 并 将 本 来 互 不 相 干 的 塞 贝 克 系 数 和 帕 尔 帖 系 数 之 间 建 立 了 联 系 。 汤 姆 逊 认 为 ，在 绝 对 零 度 时 ， 帕 尔 帖 系

14、 数 与 塞 贝 克 系 数 之 间 存 在 简 单 的 倍 数 关 系 。 在 此 基 础 上 ， 他 又从 理 论 上 预 言 了 一 种 新 的 温 差 电 效 应 ， 即 当 电 流 在 温 度 不 均 匀 的 导 体 中 流 过 时 ， 导 体 除产 生 不 可 逆 的 焦 耳 热 之 外 ， 还 要 吸 收 或 放 出 一 定 的 热 量 （ 称 为 汤 姆 孙 热 ） 。 或 者 反 过来 ， 当 一 根 金 属 棒 的 两 端 温 度 不 同 时 ， 金 属 棒 两 端 会 形 成 电 势 差 。 这 一 现 象 后 叫 汤 姆 孙效 应 （ Thomson effect） ，

15、 成 为 继 塞 贝 克 效 应 和 帕 尔 帖 效 应 之 后 的 第 三 个 热 电 效 应（ thermoelectric effect） 。 汤 姆 逊 效 应 是 导 体 两 端 有 温 差 时 产 生 电 势 的 现 象 ， 帕 尔 帖 效 应 是 带 电 导 体 的 两 端 产生 温 差 （ 其 中 的 一 端 产 生 热 量 ， 另 一 端 吸 收 热 量 ） 的 现 象 ， 两 者 结 合 起 来 就 构 成 了 塞 贝克 效 应 。 编 辑 本 段 汤 姆 逊 效 应 的 物 理 学 解 释汤 姆 逊 效 应 的 物 理 学 解 释 是 ： 金 属 中 温 度 不 均 匀

16、时 ， 温 度 高 处 的 自 由 电 子 比 温 度 低处 的 自 由 电 子 动 能 大 。 像 气 体 一 样 ， 当 温 度 不 均 匀 时 会 产 生 热 扩 散 ， 因 此 自 由 电 子 从 温度 高 端 向 温 度 低 端 扩 散 ， 在 低 温 端 堆 积 起 来 ， 从 而 在 导 体 内 形 成 电 场 ， 在 金 属 棒 两 端 便引 成 一 个 电 势 差 。 这 种 自 由 电 子 的 扩 散 作 用 一 直 进 行 到 电 场 力 对 电 子 的 作 用 与 电 子 的 热扩 散 平 衡 为 止 。汤姆逊效应目录发现者介绍 发现过程 原理发 现 者 介 绍 威 廉 汤 姆 逊 1824 年 生 于 爱 尔 兰 ， 父 亲 詹 姆 士 是 贝 尔 法 斯 特 皇 家 学 院的 数 学 教 授 ， 后 因 任 教 格 拉 斯 哥 大 学 ， 在 威 廉 8 岁 那 年 全 家 迁 往 苏 格 兰 的格 拉 斯 哥 。