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閱讀：21發(fā)布時間：2025-1-27
塞貝克效應(yīng)是三種主要變化之一，可以在熱電效應(yīng)下觀察到。它以德國物理學(xué)家托馬斯·約翰·塞貝克（Thomas Johann Seebeck）的名字命名，他在 1821 年的獨(dú)立研究中發(fā)現(xiàn)了熱電效應(yīng)現(xiàn)象。
兩種不同的電導(dǎo)體或半導(dǎo)體之間的溫差直接轉(zhuǎn)換為電勢稱為熱電效應(yīng)。當(dāng)這些具有電勢差的導(dǎo)體通過電連接接觸時，會導(dǎo)致帶電粒子的流動，從而產(chǎn)生電流。相反的情況也適用于在兩個不同的電導(dǎo)體上施加電勢差將導(dǎo)致它們結(jié)點(diǎn)處的溫度差的情況。
塞貝克效應(yīng)理論
在塞貝克效應(yīng)中，也會發(fā)生同樣的現(xiàn)象，并且由于施加熱源而產(chǎn)生電勢。可以在結(jié)的“熱”端和“冷”端測量該電勢。
考慮連接到公共熱源的兩個半導(dǎo)體，n 型和 p 型，這會提高連接端的溫度。這兩種半導(dǎo)體的另一端處于相對較低的溫度，從而產(chǎn)生熱梯度。n 型導(dǎo)體“熱”端的電子從源接收熱能。它們會充滿活力并流向“冷”端。以這種方式，熱端具有低密度的電荷載流子（n 型為電子，p 型為空穴），而冷端具有較高的電荷載流子密度。這種電荷分布在結(jié)上形成電場。當(dāng)用導(dǎo)體連接結(jié)的兩端時，電荷開始流過它，并產(chǎn)生電流。
可以觀察到三種形式的塞貝克效應(yīng)。
在兩端連接負(fù)載將為負(fù)載供電，這兩種材料與熱源將充當(dāng)發(fā)電機(jī)。
如果使用導(dǎo)體將電壓表連接到兩端，則測量的電壓可用于確定兩端之間的溫差。
另一個見的連接是將設(shè)置用作另一個電氣設(shè)置或電路的開關(guān)，從而控制其操作。
塞貝克發(fā)電機(jī)
連接到熱源并將其轉(zhuǎn)換為電壓以驅(qū)動負(fù)載需求的兩個不同導(dǎo)體的組合稱為塞貝克發(fā)電機(jī)。它可用于獨(dú)立發(fā)電，為小規(guī)模負(fù)載需求供電，即無需任何外部電源連接。從結(jié)的較高溫度部分到導(dǎo)體的相對較冷部分的熱流導(dǎo)致熱梯度和熱流。結(jié)的組成粒子帶電并開始從高密度區(qū)域移動到低密度區(qū)域。由于電荷流動而產(chǎn)生的電壓差充當(dāng)連接負(fù)載的電源。由于不涉及旋轉(zhuǎn)部件，因此可以在低功率遠(yuǎn)程安裝中找到應(yīng)用。
，導(dǎo)體兩端產(chǎn)生的電壓與它們兩端的溫度梯度成正比。比例常數(shù)稱為熱電勢或塞貝克系數(shù)。換句話說，溫差的變化率與產(chǎn)生的電壓的相應(yīng)變化率是由塞貝克系數(shù)相關(guān)的。
在數(shù)學(xué)上，
V = – S(Th – Tl)
其中，V = 電位差
S = 塞貝克系數(shù)
Th = 熱端
溫度 Tl = 冷端溫度
或者，
δV = – S (δT)
其中，δV = 電壓
變化 δT = 溫差變化
塞貝克系數(shù)是其標(biāo)準(zhǔn)形式，定義為在整個觀察過程中，當(dāng)兩個導(dǎo)體兩端的溫度保持在 1 開爾文時，它們之間產(chǎn)生的電壓量，即，
S = – V
塞貝克效應(yīng)的應(yīng)用：
有多種機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)隨溫度的變化而變化。因此，當(dāng)使用達(dá)到的電勢監(jiān)測溫度的凈變化時，塞貝克效應(yīng)也可用于研究或確定這些參數(shù)。這些包括測試材料強(qiáng)度、退化和放射性元素在一段時間內(nèi)隨溫度變化的輻射強(qiáng)度。來自這些熱電裝置的電信號可用于啟動安全開關(guān)或警報，以發(fā)出狀況信號。
熱電偶——這種熱電裝置是至少兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合，用于通過將所得電參數(shù)轉(zhuǎn)換為其相應(yīng)溫度來測量溫差或溫升。它也可用于啟動回路或閥門。
熱電堆 –熱電堆是多個串聯(lián)（有時并聯(lián)）連接的熱電偶溫度傳感器，以獲得可用電壓來提供相對較高規(guī)模的功率要求。
高頻功率傳感器——塞貝克效應(yīng)已被發(fā)現(xiàn)可用于尋找正弦波的準(zhǔn)確幅度。這有助于檢測系統(tǒng)中產(chǎn)生的超頻功率的存在并向操作員發(fā)出信號。
發(fā)電機(jī)——利用塞貝克效應(yīng)的熱電聯(lián)產(chǎn)已被許多發(fā)電機(jī)組提出并應(yīng)用，以利用工業(yè)中產(chǎn)生的廢熱來產(chǎn)生額外的電力。
自旋塞貝克效應(yīng)
通過研究對磁化電導(dǎo)體施加熱量的影響，現(xiàn)代科學(xué)家已經(jīng)能夠?yàn)槿惪诵?yīng)的研究提供另一個維度。由熱梯度驅(qū)動的電荷載流子根據(jù)它們各自的自旋或角動量重新定位。這種現(xiàn)象是最近在2008年發(fā)現(xiàn)的。與常規(guī)相反，在粒子重排過程中沒有熱量浪費(fèi)。這種效果被廣泛應(yīng)用于制作快速響應(yīng)的微動開關(guān)。
該領(lǐng)域的發(fā)展促使研究人員嘗試開發(fā)同時使用太陽能和熱電電池的電源，以提高兩種電池的綜合效率，并將太陽輻射作為熱源。
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