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1、珀尔帖效应-TEC 原理珀尔帖效应-简介概要半导体致冷器1834年法国科学冢珀尔贴发现了热电致冷和致热现象一即温差电效应。由N、P型材料组成 一对热电偶， 当热电偶通入直流电流后，因直流电通入的方向不同，将在电偶结点处产生 吸热和放热现象，称这种现象为珀尔帖效应。对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料 中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级 向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。半导体致冷器, 也叫热电致冷器或温差致冷器。就采用了珀尔帖效应。珀尔帖效应-发现过程珀尔帖现象最
2、早是在1821年，由一位德国科学家Thomas Seeback首先发现，不过他当时做 了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学原理。到了1834年，一位法国表匠，同时也 是兼职研究这现象的物理学家珀尔帖，才发现背后真正的原因，珀尔帖发现这样一种现象： 用两块不同的导体联接成电偶，并接上直流电源，当电偶上流过电流时，会发生能量转移现 象，一个接头处放出热量变热，另一个接头处吸收热量变冷，这种现象称作珀尔帖效应。这 个现象直到近代随著半导体的发展才有了实际的应用，也就是致冷器的发明（注意，这种 叫致冷器，还不叫半导体致冷器）。珀尔帖效应-发现者帕尔帖效应是法国科学家珀尔帖于1834 年发现的，所以
3、，一提到帕尔帖的名字，人们很容 易将他与帕尔帖效应联系起来，并误以为他是一个物理学家，实际上他至多算个业余的物理 学家。帕尔帖生于法国索姆，他本来是一个钟表匠，30 岁那年放弃了这个职业，转而投身到实验 与科学观测领域之中。在他撰写的大量论文中，绝大部分都是关于自然现象的观测，譬如天 电、龙卷风、天空蓝度测量与光偏振、球体水温、极地沸点等，也有少量博物学方面的论文。1837年，俄国物理学家愣次（Lenz, 18041865）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，比例系数称为“帕尔帖系数”。Q=n I=a Tc I, 其中n =a Tc式中：Q放热或吸
4、热功率n比例系数，称为珀尔帖系数I 工作电流a温差电动势率Tc冷接点温度珀尔帖效应-物理原理3毎物理原理电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量。这就是帕尔帖效 应。由帕尔帖效应产生的热流量称作帕尔帖热，用符号表示。对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料 中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级 向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。材料的帕尔贴效应强弱用它相对于某参考材料的帕尔贴系数n表示疔=垒W/AdT式中i流经导体的电流，A。类似的，对于P型半导
5、体和N型半导体组成的电偶，其帕尔贴系数n。有帕尔贴效应与西伯克效应都是温差电效应，二者有密切联系。事实上，它们互为反效应，一 个是说电偶中有温差存在时会产生电动势；一个是说电偶中有电流通过时会产生温差。温差 电动势率与帕尔贴系数之间存在下述关系= aT式中 T结点处的温度， K。珀尔帖效应-实验仪器实用新型属于物理学用的教学仪器。它选用N型半导体和P型半导体组成多个电偶对。当直 流电流进NP型电偶对时，电偶对右端吸热，形成冷端，连接一透明冷室；左端放热，形 成热端，连接一散热水箱。配以温度计、毫伏表、可演示珀尔帖效应、赛贝克效应，具有方 便、直观、效果明显的优点。作为冷源演示热学现象，是一种不
6、需冷媒的，方便、直观、清 洁、无毒害的教学冷源。其特征是选用N型半导体和P型半导体形成多个电偶对，组成冷板，当直流电流进NP型 电偶对时，电偶对右端吸热，形成冷端，连接一透明冷室，电偶对左端放热，形成热端，连 接一散热水箱。珀尔帖效应-生活应用Tec套件帕尔帖效应发现100 多年来并未获得实际应用，因为金属半导体的珀尔帖效应很弱。直到上 世纪 90 年代，原苏联科学家约飞的研究表明，以碲化铋为基的化合物是最好的热电半导体 材料，从而出现了实用的半导体电子致冷元件电致冷器(ThermoElectriccooling,简称 TEC)。与风冷和水冷相比，半导体致冷片具有以下优势：(1)可以把温度降至
7、室温以下；(2)精 确温控(使用闭环温控电路，精度可达土0.1C)；(3)高可靠性(致冷组件为固体器件, 无运动部件，寿命超过20万小时，失效率低) ；(4)没有工作噪音。珀尔帖效应-TEC原理TEC基本工作过程：当一块N型半导体和一块P型半导体结成电偶时，只要在这个电偶回路 中接入一个直流电源，电偶上就会流过电流，发生能量转移，在一个接点上放热(或吸热)， 在另一个接点上相反地吸热(或放热)。珀尔帖效应对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料 中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级 向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。在TEC制冷片中，半导体通过金属导流片连接构成回路，当电流由N通过P时，电场使N中的 电子和P中的空穴反向流动，他们产生的能量来自晶格的热能，于是在导流片上吸热，而在 另一端放热，产生温差。帕尔帖模块也称作热泵(heatpumps)，它既可以用于致热，也可以致冷。半导体致冷片就 是一个热传递工具，只要热端(被冷却物体)的温度高于某温度，半导体制冷器便开始发挥 作用，使得冷热两端的温度逐渐均衡，从而起到致冷作用。
