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塞貝克效應(yīng)，塞貝克效應(yīng)的簡介

來源：整理 時間：2024-10-25 06:59:52 編輯：智能門戶 手機版

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1，塞貝克效應(yīng)的簡介

英文名稱：Seebeck effect在兩種金屬A和B組成的回路中，如果使兩個接觸點的溫度不同，則在回路中將出現(xiàn)電流，稱為熱電流。相應(yīng)的電動勢稱為熱電勢，其方向取決于溫度梯度的方向。一般規(guī)定熱電勢方向為：在熱端電流由負流向正。塞貝克效應(yīng)的實質(zhì)在于兩種金屬接觸時會產(chǎn)生接觸電勢差（電壓），該電勢差取決于兩種金屬中的電子溢出功不同及兩種金屬中電子濃度不同造成的。半導體的溫差電動勢較大，可用作溫差發(fā)電器。

塞貝克效應(yīng)的簡介

2，塞貝克效應(yīng)的應(yīng)用

塞貝克效應(yīng)發(fā)現(xiàn)之后，人們就為它找到了應(yīng)用場所。利用塞貝克效應(yīng)，可制成溫差電偶（thermocouple，即熱電偶）來測量溫度。只要選用適當?shù)慕饘僮鳠犭娕疾牧?，就可輕易測量到從－180℃到+2000℃的溫度，如此寬泛的測量范圍，令酒精或水銀溫度計望塵莫及。熱電偶溫度計，甚至可以測量高達+2800℃的溫度！熱電偶的兩種不同金屬線焊接在一起后形成兩個結(jié)點，環(huán)路電壓VOUT為熱結(jié)點結(jié)電壓與冷結(jié)點（參考結(jié)點）結(jié)電壓之差。因為VH和VC是由兩個結(jié)的溫度差產(chǎn)生的，也就是說VOUT是溫差的函數(shù)。比例因數(shù)α對應(yīng)于電壓差與溫差之比，稱為Seebeck系數(shù)。

塞貝克效應(yīng)的應(yīng)用

3，溫差電池的塞貝克效應(yīng)

塞貝克（Seeback）效應(yīng)，又稱作第一熱電效應(yīng)，它是指由于溫差而產(chǎn)生的熱電現(xiàn)象。在兩種金屬A和B組成的回路中，如果使兩個接觸點的溫度不同，則在回路中將出現(xiàn)電流，稱為熱電流。塞貝克效應(yīng)的實質(zhì)在于兩種金屬接觸時會產(chǎn)生接觸電勢差，該電勢差取決于金屬的電子逸出功和有效電子密度這兩個基本因素。半導體的溫差電動勢較大，可用作溫差發(fā)電器。 由于不同的金屬材料所具有的自由電子密度不同，當兩種不同的金屬導體接觸時，在接觸面上就會發(fā)生電子擴散。電子的擴散速率與兩導體的電子密度有關(guān)并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導體A和B的自由電子密度為NA和NB，且有NA>NB，電子擴散的結(jié)果使導體A失去電子而帶正電，導體B則因獲得電子而帶負電，在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子繼續(xù)擴散，達到動態(tài)平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢。美國科學家發(fā)現(xiàn)，鯊魚鼻子里的一種膠體能把海水溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號，傳送給神經(jīng)細胞，使鯊魚能夠感知細微的溫度變化，從而準確地找到食物____科學家猜測，其他動物體內(nèi)也可能存在類似的膠體.這種因溫差而產(chǎn)生電流的性質(zhì)與半導體材料的熱電效應(yīng)類似，人工合成這種膠體，有望在微電子工業(yè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。美國舊金山大學的一位科學家在1月30日出版的英國《自然》雜志上報告說，他從鯊魚鼻子的皮膚小孔里提取了一種與普通明膠相似的膠體，發(fā)現(xiàn)它對溫度非常敏感，0.1℃的溫度變化都會使它產(chǎn)生明顯的電壓變化。鯊魚鼻子的皮膚小孔布滿了對電流非常敏感的神經(jīng)細胞.海水的溫度變化使膠體內(nèi)產(chǎn)生電流，刺激神經(jīng)，使鯊魚感知到溫度差異.科學家認為，借助這種膠體，鯊魚能感知到0.001℃的溫度變化，這有利于它們在海水中覓食。哺乳動物靠細胞表面的離子通道感知溫度：外界溫度變化導致帶電的離子進出通道，產(chǎn)生電流，刺激神經(jīng)，從而使動物感知冷暖.與哺乳動物的這種方式不同，鯊魚利用膠體，不需要離子通道也能感知溫度變化。 1834年法國物理學家帕爾帖在銅絲的兩頭各接一根鉍絲，在將兩根鉍絲分別接到直流電源的正負極上，通電后，發(fā)現(xiàn)一個接頭變熱，另一個接頭變冷。這說明兩種不同材料組成的電回路在有直流電通過時，兩個接頭處分別發(fā)生了吸放熱現(xiàn)象。這就是熱電制冷的依據(jù)。半導體材料具有較高的熱電勢可以成功地用來做成小型熱電制冷器。圖1示出N型半導體和P型半導體構(gòu)成的熱電偶制冷元件。用銅板和銅導線將N型半導體和P型半導體連接成一個回路，銅板和銅導線只起導電的作用。此時，一個接點變熱，一個接點變冷。如果電流方向反向，那么結(jié)點處的冷熱作用互易?！犭娭评淦鞯漠a(chǎn)冷量一般很小，所以不宜大規(guī)模和大制冷量使用。但由于它的靈活性強，簡單方便冷熱切換容易，非常適宜于微型制冷領(lǐng)域或有特殊要求的用冷場所。熱電制冷的理論基礎(chǔ)是固體的熱電效應(yīng)，在無外磁場存在時，它包括五個效應(yīng)，導熱、焦耳熱損失、西伯克(Seebeck)效應(yīng)、帕爾帖(Peltire)效應(yīng)和湯姆遜(Thomson)效應(yīng)?！∫话愕睦錃馀c冰箱運用氟氯化物當冷媒，造成臭氧層的被破壞.無冷媒冰箱(冷氣)因而是環(huán)境保護的重要因素.利用半導體之熱電效應(yīng)，可制造一個無冷媒的冰箱?！∵@種發(fā)電方法是將熱能直接轉(zhuǎn)變成電能，其轉(zhuǎn)變效率受熱力學第二定律即卡諾效率(Carnot efficiency)的限制.早在1822年西伯即已發(fā)現(xiàn)，因而熱電效應(yīng)又叫西伯效應(yīng)(Seebeck effect)。

溫差電池的塞貝克效應(yīng)

4，溫差電池的原理

銅絲和鐵絲兩個接頭不同的溫度形成溫差電池，根據(jù)這種原理可用來制造測量高溫的溫度計。 謝謝采納?。。?/section>
塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng)，又稱作第一熱電效應(yīng)，它是指由于溫差而產(chǎn)生的熱電現(xiàn)象。在兩種金屬A和B組成的回路中，如果使兩個接觸點的溫度不同，則在回路中將出現(xiàn)電流，稱為熱電流。塞貝克效應(yīng)的實質(zhì)在于兩種金屬接觸時會產(chǎn)生接觸電勢差，該電勢差取決于金屬的電子逸出功和有效電子密度這兩個基本因素?！　?半導體的溫差電動勢較大，可用作溫差發(fā)電器。原理1821年，賽貝克發(fā)現(xiàn)，把兩種不同的金屬導體接成閉合電路時，如果把它的兩個接點分別置于溫度不同的兩個環(huán)境中，則電路中就會有電流產(chǎn)生。這一現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)，這樣的電路叫做溫差電偶，這種情況下產(chǎn)生電流的電動勢叫做溫差電動勢。例如，鐵與銅的冷接頭為1℃，熱接頭處為100℃，則有5.2mV的溫差電動勢產(chǎn)生。 由于不同的金屬材料所具有的自由電子密度不同，當兩種不同的金屬導體接觸時，在接觸面上就會發(fā)生電子擴散。電子的擴散速率與兩導體的電子密度有關(guān)并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導體A和B的自由電子密度為NA和NB，且有NA＞NB，電子擴散的結(jié)果使導體A失去電子而帶正電，導體B則因獲得電子而帶負電，在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子繼續(xù)擴散，達到動態(tài)平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢。
電磁感應(yīng)原理發(fā)電的設(shè)備，就是目前比較常見的發(fā)電機組，即通過外力（比如風力，核能，水能，潮汐能等等）推動輪機，然后輪機帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，根據(jù)導體切割磁感線的電磁感應(yīng)原理而發(fā)電 其次，目前比較常見的還有兩種 光伏特發(fā)電方式，即太陽能電池，他是利用在高純度硅上，拋灑一些名叫鍺的半導體物質(zhì)，兩類物質(zhì)之間就會形成pn結(jié)，而控制恰當，這個pn結(jié)就會形成一個具有孔穴的空隙。 當電磁波（太陽光）[但事實上這種電池對光所在的頻率吸收比較高，而對其他頻率電磁波吸收能量并不高]的光子的能量，沖擊到電池板上，導致硅以及鍺的電子產(chǎn)生遷躍，這個時候，由于硅和鍺顯不同的電性，這樣就產(chǎn)生了電壓，n多這樣的pn結(jié)串聯(lián)起來后再并聯(lián)，即可得到高電壓，高電流的輸出供給給負載使用 還有一種方法也比較常見 即溫差電池。 他也是利用半導體pn結(jié)的性質(zhì)，當在兩端存在足夠的溫差的時候，pn結(jié)兩側(cè)就會產(chǎn)生電壓，從而如果形成回路則形成電流 這種電池不需要有太陽能電池那么高的硅純度，所以很早的時候就被發(fā)明，由于無法獲得溫差，所以這種電池都很少用，但他卻延伸出另一種東西，下面我再說吧。 當年的焦耳以及安培 兩個人，在研究電流和熱的關(guān)系，以及安培在研究導體電阻以及磁場這些關(guān)系的時候，第一個應(yīng)用了這種電池 當年安培在冬季獲得了冰，將這種電池的一側(cè)接觸冰，另一側(cè)通過一個金屬，放在火爐上造成足夠溫差（當年的似乎需要至少300多度，現(xiàn)在的只要30-80度就可以了，主要是硅純度高了）產(chǎn)生了穩(wěn)定的電流，從而對電阻以及電流電壓的關(guān)系起了促進作用，對電流的磁效應(yīng)也做出了解釋，得到了安培定律。 這種電池目前的延伸品，即 半導體致冷片 就是一個很小的片，通電后兩側(cè)就會產(chǎn)生溫差，熱量會從一側(cè)跑到另一側(cè)，通常用在汽車上的小冰箱的。

5，塞貝克效應(yīng)的原理

產(chǎn)生Seebeck效應(yīng)的機理，對于半導體和金屬是不相同的。 產(chǎn)生Seebeck效應(yīng)的主要原因是熱端的載流子往冷端擴散的結(jié)果。例如p型半導體，由于其熱端空穴的濃度較高，則空穴便從高溫端向低溫端擴散；在開路情況下，就在p型半導體的兩端形成空間電荷（熱端有正電荷，冷端有負電荷），同時在半導體內(nèi)部出現(xiàn)電場；當擴散作用與電場的漂移作用相互抵消時，即達到穩(wěn)定狀態(tài)，在半導體的兩端就出現(xiàn)了由于溫度梯度所引起的電動勢——溫差電動勢。自然，n型半導體的溫差電動勢的方向是從低溫端指向高溫端（Seebeck系數(shù)為負），相反，p型半導體的溫差電動勢的方向是高溫端指向低溫端（Seebeck系數(shù)為正），因此利用溫差電動勢的方向即可判斷半導體的導電類型。可見，在有溫度差的半導體中，即存在電場，因此這時半導體的能帶是傾斜的，并且其中的Fermi能級也是傾斜的；兩端Fermi能級的差就等于溫差電動勢。實際上，影響Seebeck效應(yīng)的因素還有兩個：第一個因素是載流子的能量和速度。因為熱端和冷端的載流子能量不同，這實際上就反映了半導體Fermi能級在兩端存在差異，因此這種作用也會對溫差電動勢造成影響——增強Seebeck效應(yīng)。第二個因素是聲子。因為熱端的聲子數(shù)多于冷端，則聲子也將要從高溫端向低溫端擴散，并在擴散過程中可與載流子碰撞、把能量傳遞給載流子，從而加速了載流子的運動——聲子牽引，這種作用會增加載流子在冷端的積累、增強Seebeck效應(yīng)。半導體的Seebeck效應(yīng)較顯著。一般，半導體的Seebeck系數(shù)為數(shù)百mV/K，這要比金屬的高得多。 因為金屬的載流子濃度和Fermi能級的位置基本上都不隨溫度而變化，所以金屬的Seebeck效應(yīng)必然很小，一般Seebeck系數(shù)為0～10mV/K。雖然金屬的Seebeck效應(yīng)很小，但是在一定條件下還是可觀的；實際上，利用金屬Seebeck效應(yīng)來檢測高溫的金屬熱電偶就是一種常用的元件。產(chǎn)生金屬Seebeck效應(yīng)的機理較為復雜，可從兩個方面來分析：①電子從熱端向冷端的擴散。然而這里的擴散不是濃度梯度（因為金屬中的電子濃度與溫度無關(guān)）所引起的，而是熱端的電子具有更高的能量和速度所造成的。顯然，如果這種作用是主要的，則這樣產(chǎn)生的Seebeck效應(yīng)的系數(shù)應(yīng)該為負。②電子自由程的影響。因為金屬中雖然存在許多自由電子，但對導電有貢獻的卻主要是Fermi能級附近2kT范圍內(nèi)的所謂傳導電子。而這些電子的平均自由程與遭受散射（聲子散射、雜質(zhì)和缺陷散射）的狀況和能態(tài)密度隨能量的變化情況有關(guān)。如果熱端電子的平均自由程是隨著電子能量的增加而增大的話，那么熱端的電子將由于一方面具有較大的能量，另一方面又具有較大的平均自由程，則熱端電子向冷端的輸運則是主要的過程，從而將產(chǎn)生Seebeck系數(shù)為負的Seebeck效應(yīng)；金屬Al、Mg、Pd、Pt等即如此。相反，如果熱端電子的平均自由程是隨著電子能量的增加而減小的話，那么熱端的電子雖然具有較大的能量，但是它們的平均自由程卻很小，因此電子的輸運將主要是從冷端向熱端的輸運，從而將產(chǎn)生Seebeck系數(shù)為正的Seebeck效應(yīng)；金屬Cu、Au、Li等即如此。塞貝克效應(yīng)電勢差的計算公式： 與分別為兩種材料的塞貝克系數(shù)。如果與不隨溫度的變化而變化，上式即可表示成如下形式： 塞貝克后來還對一些金屬材料做出了測量，并對35種金屬排成一個序列（即Bi-Ni-Co-Pd-U-Cu-Mn-Ti-Hg-Pb-Sn-Cr-Mo-Rb-Ir-Au-Ag-Zn-W-Cd-Fe-As-Sb-Te-……），并指出，當序列中的任意兩種金屬構(gòu)成閉合回路時，電流將從排序較前的金屬經(jīng)熱接頭流向排序較后的金屬。

6，什么是西貝克效應(yīng)是什么原理的基礎(chǔ)嗎有什么應(yīng)用

定義:當兩種不同的金屬或合金 A 、 B 聯(lián)成閉合回路,且兩接點處溫度不同,則回路中將產(chǎn)生電流。 原理:兩種金屬接觸時會產(chǎn)生接觸電勢差。
產(chǎn)生seebeck效應(yīng)的機理，對于半導體和金屬是不相同的。 產(chǎn)生seebeck效應(yīng)的主要原因是熱端的載流子往冷端擴散的結(jié)果。例如p型半導體，由于其熱端空穴的濃度較高，則空穴便從高溫端向低溫端擴散；在開路情況下，就在p型半導體的兩端形成空間電荷（熱端有正電荷，冷端有負電荷），同時在半導體內(nèi)部出現(xiàn)電場；當擴散作用與電場的漂移作用相互抵消時，即達到穩(wěn)定狀態(tài)，在半導體的兩端就出現(xiàn)了由于溫度梯度所引起的電動勢——溫差電動勢。自然，n型半導體的溫差電動勢的方向是從低溫端指向高溫端（seebeck系數(shù)為負），相反，p型半導體的溫差電動勢的方向是高溫端指向低溫端（seebeck系數(shù)為正），因此利用溫差電動勢的方向即可判斷半導體的導電類型。可見，在有溫度差的半導體中，即存在電場，因此這時半導體的能帶是傾斜的，并且其中的fermi能級也是傾斜的；兩端fermi能級的差就等于溫差電動勢。實際上，影響seebeck效應(yīng)的因素還有兩個：第一個因素是載流子的能量和速度。因為熱端和冷端的載流子能量不同，這實際上就反映了半導體fermi能級在兩端存在差異，因此這種作用也會對溫差電動勢造成影響——增強seebeck效應(yīng)。第二個因素是聲子。因為熱端的聲子數(shù)多于冷端，則聲子也將要從高溫端向低溫端擴散，并在擴散過程中可與載流子碰撞、把能量傳遞給載流子，從而加速了載流子的運動——聲子牽引，這種作用會增加載流子在冷端的積累、增強seebeck效應(yīng)。半導體的seebeck效應(yīng)較顯著。一般，半導體的seebeck系數(shù)為數(shù)百mv/k，這要比金屬的高得多。 因為金屬的載流子濃度和fermi能級的位置基本上都不隨溫度而變化，所以金屬的seebeck效應(yīng)必然很小，一般seebeck系數(shù)為0～10mv/k。雖然金屬的seebeck效應(yīng)很小，但是在一定條件下還是可觀的；實際上，利用金屬seebeck效應(yīng)來檢測高溫的金屬熱電偶就是一種常用的元件。產(chǎn)生金屬seebeck效應(yīng)的機理較為復雜，可從兩個方面來分析：①電子從熱端向冷端的擴散。然而這里的擴散不是濃度梯度（因為金屬中的電子濃度與溫度無關(guān)）所引起的，而是熱端的電子具有更高的能量和速度所造成的。顯然，如果這種作用是主要的，則這樣產(chǎn)生的seebeck效應(yīng)的系數(shù)應(yīng)該為負。②電子自由程的影響。因為金屬中雖然存在許多自由電子，但對導電有貢獻的卻主要是fermi能級附近2kt范圍內(nèi)的所謂傳導電子。而這些電子的平均自由程與遭受散射（聲子散射、雜質(zhì)和缺陷散射）的狀況和能態(tài)密度隨能量的變化情況有關(guān)。如果熱端電子的平均自由程是隨著電子能量的增加而增大的話，那么熱端的電子將由于一方面具有較大的能量，另一方面又具有較大的平均自由程，則熱端電子向冷端的輸運則是主要的過程，從而將產(chǎn)生seebeck系數(shù)為負的seebeck效應(yīng)；金屬al、mg、pd、pt等即如此。相反，如果熱端電子的平均自由程是隨著電子能量的增加而減小的話，那么熱端的電子雖然具有較大的能量，但是它們的平均自由程卻很小，因此電子的輸運將主要是從冷端向熱端的輸運，從而將產(chǎn)生seebeck系數(shù)為正的seebeck效應(yīng)；金屬cu、au、li等即如此。塞貝克效應(yīng)電勢差的計算公式： 與分別為兩種材料的塞貝克系數(shù)。如果與不隨溫度的變化而變化，上式即可表示成如下形式： 塞貝克后來還對一些金屬材料做出了測量，并對35種金屬排成一個序列（即bi-ni-co-pd-u-cu-mn-ti-hg-pb-sn-cr-mo-rb-ir-au-ag-zn-w-cd-fe-as-sb-te-……），并指出，當序列中的任意兩種金屬構(gòu)成閉合回路時，電流將從排序較前的金屬經(jīng)熱接頭流向排序較后的金屬。
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