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温差电现象及其应用——温差发电机2010级化学物理系龚科PB10206089 摘要:本文分为两部分：第一部分介绍温差电现象的产生机理，包含汤姆孙效应、珀尔帖效应和塞贝克效应的介绍.第二部分介绍温差电现象的一种利用，即温差发电机的应用现状及前景.关键词：温差电现象汤姆孙效应珀尔帖效应塞贝克效应温差电发电机正文：一、温差电现象产生机理由两种不同材料制成的结点由于受到某种因素作用而出现了温差，就有可能在两结点间产生电动势，回路中产生电流，这就是温差电效应.所产生的电动势称为温差电动势，在一定范围内，温差电动势在数值上正比于两接点处的温度差，即ε=a(T1-T2)，（1）其中，a为塞贝克系数，在数值上等于单位温度差所引起的电动势.金属的温差电效应较小，a为0~80μV·K-1，用于测量温度，半导体温差电效应较大，a为50~103μV·K-1，可用来制造温差发电机.温差电效应由德国物理学家塞贝克于1821年首先发现；1834年，法国实验科学家珀尔帖发现了它的反效应：两种不同金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差，即珀尔帖效应.1837年，俄国物理学家楞次又发现，电流的方向决定了吸收热量还是产生热量，发热（制冷）量的多少与电流大小成正比.温差电效应根据具体作用原理及表现形式，有汤姆逊效应、帕尔贴效应、赛贝克效应三种.1、汤姆孙效应汤姆孙效应即导体两端有温差时产生电动势的现象.其机理是金属中温度不均匀时，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，在温度低端堆积起来，从而在导体内形成电场在金属棒两端便形成一个电势差.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.2、珀尔帖效应珀尔帖效应就是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.由珀尔帖效应产生的热流量称作珀尔帖热.珀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.1837年，俄国物理学家楞次（Lenz，1804～1865）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=л·I=a·Tc·I，（2）其中л=a·Tc 式中：Q——放热或吸热功率π——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.珀尔帖效应最主要的应用就是半导体制冷.半导体制冷片具有以下优势：（1）可以把温度降至室温以下；（2）精确温控（使用闭环温控电路，精度可达±0.1℃）；（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.此应用不作为本文的主要内容，故不作详细介绍.3、塞贝克效应在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流.塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于金属的电子溢出功和有效电子密度这两个基本因素.产生塞贝克效应的机理，对于半导体和金属是不相同的.（1）半导体的塞贝克效应产生塞贝克效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果.例如p型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散；在开路情况下，就在p型半导体的两端形成空间电荷（热端有负电荷，冷端有正电荷），同时在半导体内部出现电场；当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势——温差电动势.自然，p型半导体的温差电动势的方向是从低温端指向高温端（塞贝克系数为正），相反，n型半导体的温差电动势的方向是高温端指向低温端（塞贝克系数为负），因此利用温差电动势的方向即可判断半导体的导电类型. 可见，在有温度差的半导体中，即存在电场，因此这时半导体的能带是倾斜的，并且其中的Fermi 能级也是倾斜的；两端Fermi能级的差就等于温差电动势.实际上，影响塞贝克效应的因素还有两个：第一个因素是载流子的能量和速度.因为热端和冷端的载流子能量不同，这实际上就反映了半导体Fermi能级在两端存在差异，因此这种作用也会对温差电动势造成影响——增强塞贝克效应.第二个因素是声子.因为热端的声子数多于冷端，则声子也将要从高温端向低温端扩散，并在扩散过程中可与载流子碰撞、把能量传递给载流子，从而加速了载流子的运动——声子牵引，这种作用会增加载流子在冷端的积累、增强塞贝克效应.半导体的塞贝克效应较显著.一般，半导体的塞贝克系数为数百mV/K，这要比金属的高得多.（2）金属的塞贝克效应因为金属的载流子浓度和Fermi能级的位置基本上都不随温度而变化，所以金属的塞贝克效应必然很小，一般塞贝克系数为0～10mV/K.虽然金属的塞贝克效应很小，但是在一定条件下还是可观的；实际上，利用金属塞贝克效应来检测高温的金属热电偶就是一种常用的元件.产生金属塞贝克效应的机理较为复杂，可从两个方面来分析：①电子从热端向冷端的扩散.然而这里的扩散不是浓度梯度（因为金属中的电子浓度与温度无关）所引起的，而是热端的电子具有更高的能量和速度所造成的.显然，如果这种作用是主要的，则这样产生的塞贝克效应的系数应该为负.②电子自由程的影响.因为金属中虽然存在许多自由电子，但对导电有贡献的却主要是Fermi能级附近2kT范围内的所谓传导电子.而这些电子的平均自由程与遭受散射（声子散射、杂质和缺陷散射）的状况和能态密度随能量的变化情况有关.如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而增大的话，那么热端的电子将由于一方面具有较大的能量，另一方面又具有较大的平均自由程，则热端电子向冷端的输运则是主要的过程，从而将产生塞贝克系数为负的塞贝克效应；金属Al、Mg、Pd、Pt等即如此.相反，如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而减小的话，那么热端的电子虽然具有较大的能量，但是它们的平均自由程却很小，因此电子的输运将主要是从冷端向热端的输运，从而将产生塞贝克系数为正的塞贝克效应；金属Cu、Au、Li等即如此.塞贝克效应计算公式：V=（S B-S A)(T2-T1) （3）S A与S B分别为两种材料的塞贝克系数，在一定温度范围内，可以认为材料的塞贝克系数不变.塞贝克后来还对一些金属材料做出了测量，并对35种金属排成一个序列（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，当序列中的任意两种金属构成闭合回路时，电流将从排序较前的金属经热接头流向排序较后的金属.塞贝克效应应用主要是测温和发电.温差电发电机将在下文详细介绍.4、三种效应的关系塞贝克效应可以认为是汤姆孙效应和珀尔帖效应相结合所产生的现象.汤姆孙于1856年利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和珀尔帖效应进行了全面分析，将本来互不相干的塞贝克系数和珀尔帖系数之间建立了联系，在绝对零度附近，两者存在简单倍数关系.并由此提出了汤姆孙效应.二、温差发电机的应用温差发电器是利用塞贝克效应，将热能直接转换成电能的一种发电器件.将一个p型温差电元件和一个n型温差电元件在热端用金属导体电极连接起来，在其冷端分别连接冷端电极，就构成一个温差电单体或单偶.在温差电单体开路端接入电阻为RL的外负载，如果温差电单体的热面输入热流，在温差电单体热端和冷端之间建立了温差，则将会有电流流经电路，负载上将得到电功率，因而得到了热能直接转换为电能的发电器.当发电器工作时，为保持热接头和冷接头之间有一定的温度差，应不断地对热接头供热，而从冷接头不断排热.热接头所供给的部分热量被作为珀尔帖热吸收了，另一部分则通过热传导传向冷接头.排出的热量应为冷接头放出的珀尔帖热和从热接头传导来的热量之和.对于上述接头的热平衡，还应加上汤姆逊热和被导体释放的焦耳热.设在系统中所产生的焦耳热中有一半传到热端，另一半由冷端放出，热源所消耗的热量是珀尔帖热、由于热传递迁移到冷端的热和交还给热源的焦耳热三部分组成，即为温差电单体的热电转换效率是有用功率与热源所消耗的热量之比.要想得到优值高的温差电材料，只有提高其塞贝克系数和电导率，降低其热导率.但是塞贝克系数、电导率和热导率都在不同程度上依赖于载流子浓度和迁移率，互相是关联的.1、材料制备温差电材料原则上可用通常的单晶体生长工艺来制备.但单晶体工艺需要精密的设备，操作复杂，成本较高.在实践中温差电材料往往采用多晶或定向多晶材料.通常，制备温差电材料的方法是粉末冶金法以及区域熔炼法.用粉末冶金法制备的温差电材料往往具有较低的热导率、较高的机械强度，但是却降低了电导率.相对而言，区域熔炼法可制备电导率较高的温差电材料，但同时也提高了材料的热导率.粉末冶金工艺，常规的有冷压法和热压法，近年来又发展了机械合金法（MA）、粉碎混合烧结（PIES）法、挤压法和放电等离子烧结法（SPS法）.通常，PbTe及SiGe合金用粉末冶金工艺制备，Bi2Te3及其合金用区域熔炼法，也可用热压工艺或挤压工艺制备.下面仅介绍粉末冶金法和区融熔炼法制备温差电材料的工艺.2、主要分类（1）按使用的热源分类，温差发电器可分为放射性同位素温差发电器、核反应堆温差发电器、烃燃料温差发电器、低级热温差发电器等.放射性同位素温差发电器(RTG)是将放射性同位素（如Pu-238， Sr-90，Po-210等）的衰变热能直接转换成电能的温差发电器.核反应堆温差发电器是将原子能反应堆中燃料裂变产生的热能直接转换成电能的温差发电器.烃燃料温差发电器，燃烧气体烃燃料或液体烃燃料产生的热能直接转换成电能的温差发电器.低级热温差发电器，将各种形式的低温热能（包括余热、废热）直接转换成电能的温差发电器.（2）按工作温度来分类，温差发电器可分为高温温差发电器、中温差发电器和低温温差发电器三大类.高温温差发电器，其热面工作温度一般在700℃以上，使用的典型温差电材料是硅锗合金（SiGe）;中温温差发电器，其热面工作温度一般在400℃～500℃，使用的典型温差电材料是碲化铅（PbTe）;低温温差电器，其热面工作温度一般在400℃以下，使用的典型温差电材料是碲化铋（Bi2Te3）.3、应用范围（1）温差发电器在如今的应用面较窄，主要应用在航天方面.美国自1961年起在二十多项空间任务中使用同位素温差发电器做电源.这些同位素温差发电器的输出电功率从2.7W到300W，质量从2kg到34kg，最高效率已达6.7%，最高质量比功率已达5.2W/kg，设计寿命为5年.例如著名的阿波罗登月计划、飞向外层行星的旅游者、海盗号火星着陆器、伽利略飞船等都使用了同位素温差发电器.1997年10月，美国成功地发射了探测土星的卡西尼行星际飞船，有3个同位素温差发电器作电源.2006年1月，发射了探测冥王星的新视野号飞船，用1个RTG作电源.目前，这些同位素温差发电器的使用寿命都超过19年，有的已经工作30多年.日常方面（2）同位素温差发电器在地面和海洋开发中应用也日益增多.现已使用的同位素温差发电器功率范围在几毫瓦到数百瓦、上千瓦.主要用于灯塔、航标、海底声纳、海底微波中继站、自动气象站和地震测试站电源.军事方面（3）美军研制了前沿阵地使用的机动性高、无声、质量轻、能无人维护长期运行的液体燃料温差发电器，供夜视装置、雷达、导航设备、电台和指挥系统使用.这种发电器可使用柴油、汽油等多种液体燃料，功率从几十瓦到一千瓦，可便携或可作车载辅助电源.加拿大环球温差电公司生产的燃气温差发电器已经在世界许多国家的输油、输气管线、通讯网络上获得了应用.环保方面（4）在低级热利用方面，温差发电器也很有前途.低级热，包括工业废热、垃圾燃烧热、汽车排气管的余热、太阳热、地热、海洋热能等，热源的温度范围宽广.采用温差发电技术大规模利用低级热，可以开发出结构简单、维护少，而且是无公害的干净能源.很多专家认为，温差发电器利用这些热能，可直接产生低压大电流，如用于电解水制氢，是最好的低峰储能方式之一.4、应用前景长久以来，因为受到生产成本和转换效率的限制，温差电技术的应用一直局限于高科技和军事、航天领域. 最近，由于化石能源数量的日益减少和化石能源燃烧所引起的环境恶化问题的逼近，人们意识到利用低品位和废热进行发电对解决环境和能源问题的重要性. 另外，可供使用的热源的广泛性和廉价性大大增强了温差发电方式的商业竞争性. 我们知道，发电成本主要由运行成本和设备成本组成. 运行成本取决于转换效率和原料，设备成本决定于产生额定输出电力的装置. 虽然热电转换模块的成本很高，但由于利用低品位和废热发电的原料费用极少，几近为零，运行成本很低，因此发电总费用降低，使得温差发电可与现存发电方式进行商业竞争. 日本近几年开展了一系列以“固体废物燃烧能源回收研究计划”为题的政府计划，研究用于固体废物焚烧炉的废热发电技术，将透平发电机和温差发电机结合起来，实现不同规模垃圾焚烧热的最大利用，使垃圾真正成为可供利用的资源. 继日本之后， 2003年11月美国能源部宣布资助太平洋西北国家实验室、密西根技术大学、匹兹堡PPG 工艺有限公司等单位，重点支持他们在高性能热电转换材料和应用技术方面的开发，其主要应用对象是工业生产中的尾气热和其他构件中的废热和余热利用.参考书目：胡友秋、程福臻、叶邦角.2008.电磁学与电动力学.北京.科学出版社.百度百科..其他网上资料不一一详述.。
温差发电技术及其一些应用来源：能源技术2009-5-121 温差发电的原理温差发电是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应（Seebeck Effect），将热能转换成电能的一种技术。
由两种不同类型的半导体构成的回路如图1，当装置的一端处于高温状态另一端置于低温状态下，就会在回路中形成电动势：ε = αs （T1-T2）（1）式中：T1为低温度端温度，K；T2为高温端温度，K；αs为所用热电转换材料的塞贝克系数，V/K。
图1 温差发电原理图（点击图片放大）在应用时多个PN结串联起来，构成一个热电转换模块（见图2），目前已有产品面市。
例如图3为Hi-z公司生产的热电转换模块系列，该模块系列能在-20℃到300℃的温度范围内有效地进行热电转换，输出功率为2.5~19W，负载电压为1.65~3.30V。
图2 热电模块结构示意图（点击图片放大）图3 Hi-z生产的热电转换模块系列（点击图片放大）2 热电材料的研究进展热电转换模块转换的效率很大程度上决定于其组成材料的性能，温差发电的电动势不但取决于材料的塞贝克系数α，而且和高低温端间的温差△T和有关，s从而与材料的导热有关，另外输出电流还与材料的导电率有关，所以常用热电转换材料的优值Z评价材料的热电性能：Z=（αs）2σ/λ （2）式中：αs为塞贝克系数，σ为电导率，λ为热导率。
Z的量纲为K-1，研究分析中优值又常采用优值Z和工作温度T的无量纲ZT 表征。
提高材料的优值是研究开发高效热电转换材料的主要方向，通常有以下几种途径：①选择最佳载流子度；②提高载流子迁移率与晶格热导率的比；③改变晶体取向；④改变颗粒尺度使颗粒间既能导电同时声子散射又比较显著，促使颗粒定向分布；⑤选择最佳的工作温度及材料的禁带宽度。
已有的研究资料表明，在室温下热电转换材料的优值只要能大于3，热电效率就可以达到令人较满意的水平并可以推广应用。
目前热电材料的研究主要集中在以下几个方面。
温差电效应的原理和应用1. 温差电效应的原理温差电效应是指在温度差异存在的情况下，材料中会产生电压差，从而产生电流。
这种现象是由于温度差异引起的电荷集体运动而产生的。
1.1 塞贝克效应塞贝克效应是温差电效应的一种特殊形式。
当两个不同材料的接触点形成温度差异时，通过该接触点会产生电压差。
这个现象被命名为塞贝克效应，也被称为热电效应。
1.2 热电效应的机制塞贝克效应中，产生的电压差和温度差相关，温度差越大，电压差越大。
这是因为温度差会导致材料内部的载流子（通常是电子或正电子）移动，从而产生电流。
当载流子受到温度差的影响，开始沿着电流方向移动时，就会在材料中产生电势差，即电压。
1.3 热电效应的常见材料热电效应存在于许多材料中，但只有一些材料具有较高的热电效应。
这些材料被称为热电材料，主要包括铋锑合金、硅锗合金、硼硅合金和铜锡合金等。
2. 温差电效应的应用2.1 温度测量温差电效应被广泛用于温度测量。
通过将热电材料制成电热偶（由两种不同材料的导线组成），将其置于需要测量温度的物体中，当物体表面的温度与环境温度存在差异时，就会产生电压差。
通过测量这个电压差，就可以推算出物体的温度。
2.2 节能利用温差电效应还可以应用于节能利用。
通过利用温度差异产生的电流，可以驱动电子设备或充电电池。
这种利用废热或温差产生的电能来供应电力的方法，被称为热电能量转换技术。
这种技术不仅可以减少能源浪费，还可以降低对环境的污染。
2.3 化学能量转换温差电效应还可以应用于化学能量转换。
例如，将热电材料与化学反应结合起来，利用温度差异产生的电流来驱动化学反应，从而将化学能转化为电能。
这种方法可以用于电池的充电，从而实现能量的可持续利用。
2.4 光电能量转换温差电效应还可以应用于光电能量转换。
通过将热电材料置于太阳能电池中，利用太阳光的辐射产生的温度差异来产生电压差，从而将光能转化为电能。
这种方法可以提高太阳能电池的效率，并且具有较高的光伏转换效率。
温差发电原理温差发电被广泛应用于可再生能源领域。
它利用温度差异产生的热量转化为电能，成为一种可持续的能源转换方式。
本文将探讨温差发电的原理及其应用。
一、温差发电原理基于热电效应，该效应是指当两个不同温度的导体连接在一起时，会产生一个由温度差异驱动的电势差。
这个现象被称为“塞贝克效应”。
塞贝克效应的原理可以通过简单的示意图来描述。
设想有两个导体条，一个温度较高，一个温度较低。
当两个导体接触时，高温导体的热能会通过传导转移到低温导体中。
由于两个导体具有不同的电导率，高温导体中的电子会受到更多的激发而移动得更频繁。
这导致高温导体上部分电子转移到低温导体上，而低温导体上的电子则更少。
这种电子的转移导致了两个导体之间产生电势差，从而产生了电流。
利用塞贝克效应，可以设计出温差发电装置。
一般来说，这种装置由两个热电材料组成，它们具有不同的导电特性。
这两个材料通常被称为“热端”和“冷端”。
在温差发电装置中，热端与热源接触，而冷端与冷源接触。
当热端与热源接触时，热能通过传导、对流或辐射的方式从热源传递到热端。
热端材料中的电子因受到更多的激发而运动更频繁，从而产生了电子流。
这个过程使得电子从热端流向冷端，从而产生了电势差和电流。
二、温差发电应用1. 垂直温差发电垂直温差发电是一种利用地球自然温度差异产生电能的技术。
地球内部的温度较高，而地表温度较低，温差发电可以利用这一差异。
该技术可以应用于地下热能利用、地热发电等领域。
2. 太阳能温差发电太阳能温差发电是利用阳光辐射热量和环境温度之间的差异来产生电能。
该技术可以应用于太阳能热发电、太阳能热水器等领域。
3. 工业余热利用在工业生产过程中，会产生大量的余热。
利用温差发电技术，可以将这些余热转化为电能，实现能源的回收和利用。
4. 电子设备散热利用电子设备在工作过程中会产生热量，通过温差发电技术，可以将这些热量转化为电能，为电子设备提供一部分电力需求。
5. 生物质发电温差发电技术可以应用于生物质发电过程中的余热利用，实现能源的高效利用。
2_温差电效应及应用
温差电效应是指在两个不同温度的导体之间存在电势差的现象。
这种现象是由于不同温度下的电子能级不同，从而导致有电子在加热后容易被释放，初步解释高温下的电极活性增加、电阻率降低等现象。
温差电效应在实际应用中有很多用途，下面我们就来介绍一下几个常见的应用：
1.温度差计
温度差计是一种测量物体两个不同部位温度差异的仪器。
通过利用温差电效应，将两个导体连接在两个不同温度的区域上，就可以产生一定的电势差，并通过电路转换成读数。
常见的温度差计有热电偶、热敏电阻、热电阻等。
其中，热电偶是最常用的一种温度差计，它适用于大范围的温度测量，并且精度也比较高。
2.热电发电机
热电发电机利用温差电效应将热能转换成电能，可以用于一些小型的电力供应场合。
通常采用的是热电堆，将多个热电偶串联起来构成一个热电堆，当两端温度差异较大时就可以产生一定的电功率。
由于效率不高，热电发电机主要用于一些特殊场合，如航空航天、远程无线电测量等。
3.温差传感器
温差传感器是一种利用温差电效应来检测物体温度的传感器。
它通常包含两个热敏电阻，一个作为参考电阻，另一个则是受到温度影响的电阻，在两个电阻之间测量电压差，就可以得到物体的温度。
温差传感器具有响应速度快、精度高、结构简单等特点，并且可以用于多种环境中的温度测量。
总之，利用温差电效应进行测量和能量转换已经成为一种常见的方法，并且在多个实际应用场景中得到了广泛的应用。
热电效应的应用及原理1. 热电效应的原理热电效应是指在温差作用下，由于导体两个端部分的温度不同，导致导体内部发生电势差的现象。
这是由于导体的电子在温度差的作用下产生迁移，导致电荷分离而产生的。
热电效应主要包括热电势效应（Seebeck效应）、温差电流效应（Peltier效应）和温差电压效应（Thomson效应）。
•热电势效应：当两个电极之间存在温差时，导体内部会产生电势差，即Seebeck效应。
这一效应被广泛应用于热电偶中，用于温度测量。
•温差电流效应：当电流通过两个导体接触点时，温度差也会出现电流的产生。
这一效应被用于Peltier制冷器、热电发电等。
•温差电压效应：在导体中的温差引起的电荷迁移，会产生热电势和电压的变化。
这一效应主要用于测量材料的热导率。
2. 热电效应的应用热电效应在许多领域都有广泛应用，下面将介绍一些常见的应用。
2.1 热电偶热电偶是利用热电势效应测量温度的装置，由两种不同金属的导线或电极组成。
当两个电极热端温度不同时，会产生电势差，通过测量电势差可以得到温度差。
热电偶广泛应用于工业、科研和生活中的温度测量。
2.2 热电发电利用温差电压效应和温差电流效应，可以将热能转化为电能的装置即热电发电装置。
这种装置可以将废热、地热、太阳能等热源转化为电能，被应用于一些无电源或电网不便的场所。
2.3 Peltier制冷器Peltier制冷器是利用温差电流效应来实现制冷的装置。
当电流通过制冷芯片时，芯片的一边会吸收热量，另一边则会释放热量，从而实现制冷的效果。
Peltier制冷器在电子设备、光学仪器等领域中被广泛应用。
3. 未来的发展方向热电效应作为一种能够将热能转化为电能的现象，具有重要的应用前景。
在绿色能源的发展中，热电发电被认为是一种潜在的解决方案。
利用废热、地热等资源，通过热电发电技术可以将其转化为清洁的电能。
此外，热电效应在可穿戴设备、嵌入式系统中的能量供应方面也具备潜力。
如利用人体产生的热能，通过热电发电技术收集能量，为可穿戴设备等提供电能。
温差发电原理
温差发电是一种利用温度差异产生电能的技术。
其原理基于热电效应，即当两个不同温度的导体连接在一起时，热量将从高温导体流向低温导体，同时电子也会从低温导体流向高温导体，从而产生电流。
这个过程是由热电偶完成的。
热电偶是由两种不同的金属线分别构成的，它们被连接起来形成一个闭合回路。
当一个金属线连接到热源（高温区）上，另一个金属线连接到冷源（低温区）上，两个金属线之间就会产生温度差异。
这导致了两个金属线之间的电子流动，使得电流在回路中产生。
这种温差发电技术常被应用于地热、太阳能和废热回收等领域。
对于地热发电，地底下的热能会使地热液加热并形成高温区，而地表的温度相对较低形成低温区。
通过将热电偶放置在这两个区域，就可以利用温度差异产生电能。
太阳能温差发电则利用日光照射在太阳能发电面板的两侧，形成高温和低温区。
通过热电偶的连接，将温度差异转化为电能。
此外，废热回收也是温差发电的重要应用领域。
在许多工业过程中，大量的热能会以废热的形式散失掉。
利用温差发电技术，可以将废热转化为电能，提高能源利用效率。
总之，温差发电利用热电效应，通过热电偶将温度差异转化为电能。
这种技术具有广泛的应用前景，可以有效利用各种温度来源产生清洁能源。
竭诚为您提供优质文档/双击可除温差电现象的研究实验报告篇一：温差电动势的测量实验温差电动势的测量一、实验目的1.了解电位差计的工作原理，学会用箱式电位差计测量热电偶的温差电动势。
2.学会用数字电压表测量热电偶的温差电动势。
3.了解热电偶的测温原理和方法。
4.测量热电偶的温差电动势。
二、实验仪器uJ31型箱式电位差计、热电偶、光点式或数字式检流计、标准电池、直流稳压电源、温度计、电热杯、保温杯。
三、实验原理1．热电偶两种不同金属组成一闭合回路时，若两个接点A、b处于不同温度t0和t，则在两接点A、b间产生电动势，称为温差电动势，这种现象称为温差现象。
这样由两种不同金属构成的组合，称为温差电偶，或热电偶。
热电偶是一种常用的热电传感器，利用它可以测量微小的温度变化。
温差电动势?的大小除和热电偶材料的性质有关外，另一决定的因素就是两个接触点的温度差(t－t0)。
电动势与温差的关系比较复杂，当温差不大时，取其一级近似可表示为：?＝c（t－t0）式中(:温差电现象的研究实验报告)c为热电偶常数（或称温差系数），等于温差1℃时的电动势，其大小决定于组成热电偶的材料。
例如，常用的铜-康铜电偶的c值为4.26×10-2mV/K，而铂铑-铂电偶的c值为6.43×10-3mV/K。
热电偶可制成温度计。
为此，先将t0固定（例如放在冰水混合物中），用实验方法确定热电偶的?-t关系，称为定标。
定标后的热电偶与电位差计配合可用于测量温度。
与水银温度计相比，温差电偶温度计具有测量温度范围大（－200℃~2000℃），灵敏度和准确度高，便于实验遥测和A／D变换等一系列优点。
2．数字电压表测量温差电动势由于数字式电压表的精度和准确度都很好，温差电动势的测量也可以采用数字电压表。
测量前，需要把数字电压表的两个接线端连接起来，对数字电压表进行调零。
把数字电压表的两个接线端接在温差电偶的两个信号输出端，选择合适的电压量程，就可以开始测量。
温差电效应及其应用摘要:本文首先系统阐述了温差电效应，包括温差电效应现象的发现和基本内容，接着介绍了近年来温差电效应研究的应用，重点介绍温差电效应在温度测量、温差发电和温差电制冷方面的最新应用，最后对温差电效应在一些新科技领域的潜在应用进行了展望。
关键词：温差电效应；温差发电；温差电制冷。
引言:温差电效应研究是一门古老而又年轻的学科，它很好的将温度差异和电压的产生两者联系起来，被广泛应用于高温测量、温差发电等领域。
构成温差电技术的基础有三个基本效应：塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应。
早在1821年，德国科学家塞贝克就发现了温差电的第一个效应，所以，人们称之为塞贝克效应——将两种不同的金属连接，构成一个闭合回路，如果两个接头处存在温差，回路中便产生电流。
该效应便成了温差发电的技术基础。
1834年法国科学家珀尔帖发现电致冷所依赖的珀尔帖效应，它是塞贝克效应的逆效应——将两种不同的金属连接，构成一个闭合回路，如果回路中存在直流电流，两个接头之间便会产生温差。
而第三个效应——汤姆逊效应，是汤姆逊在1856年发现的。
1．温差电效应将两种不同的金属相连接，并在两接头处保持不同的温度，电路中将存在温度梯度和化学势梯度，因而同时产生热流和粒子流，出现交叉现象。
这就是温差电效应【1】。
由A、B 两种金属接成的热电偶，在两接点处保持不同的温度 T 和 T+ΔT ，发现，回路中两接点将产生电势差,并且与两接点处的温度差ΔT成正比，即Δζ=εABΔT，其中εAB 是温差电动势系数，它与材料及温度有关。
Je表示电流密度【2】。
2．温差电效应的应用可能现在大家对温差电效应有所了解，然而，在温差电现象发现后一百多年里，却一直未得到实际的应用，原因就是利用金属合金做成的温差电偶的温差电致冷效应很弱，温差电技术真正复兴，可以认为是从20世纪30年代开始，杰出的苏联物理学家——约飞，最早提出了用半导体材料，作为温差电换能的材料，特别是首先提出的固熔体合金的概念，为近现代温差电技术的研发与实际应用奠定了理论与技术基础。
直到二十世纪五十年代，由于半导体科学技术的发展，科学家发现用半导体材料构成的温差电偶，其温差电效应相当显著。
之后，许多科学家在这方面做出了杰出贡献，到六十年代，温差电致冷达到了实用化阶段。
前苏联的俄罗斯、乌克兰等国家，曾首先在温差发电和温差电致冷方面进行了最广泛的研究。
现在，他们的科研成果正逐渐从航天、军事领域向市场需求方面转化。
美国也是温差电技术的强国之一，而且美国研究温差电的技术领域得到美国政府，尤其是军方的支持。
从六七十年代开始，我国的科研人员才对温差电技术展开了较广泛的研究，这使我国目前已成为世界上温差电产品生产量最大的国家之一，产品的技术性能也接近国际先进水平。
半导体材料的研发与应用，极大地推动了温差电技术的发展。
目前，温差电已形成了一个新的行业，新产品不断出现，整个行业处在上升阶段，发展前景十分广阔。
随着技术的发展，也随着氟里昂等具有温室效应的制冷剂在全球禁用，温差电致冷技术显得越来越显得重要，市场会越来越大【3】。
2．1 温度测量温度测量方面的典型代表是温差电偶温度计。
温差电偶温度计是一种工业上广泛应用的测温仪器。
它的制成，就是利用了温差电现象。
两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端，另两端与测量仪表连接，形成电路。
把工作端放在被测温度处，工作端与自由端温度不同时，就会出现电动势，因而有电流通过回路。
通过电学量的测量，利用已知处的温度，就可以测定另一处的温度。
通过对温差电偶温度计工作原理的了解，我们可以发现温差电偶温度计的优点：（1）测量范围广：可以从4.2K(－268.95℃)的深低温（绝对零度0K，即-273.15℃）直至2800℃的高温。
如液态空气的低温或炼钢炉温(～2000℃)。
而且，材料不同，测温的范围也有不同。
例如，铜和康铜构成的温差电偶的测温范围在200～400℃之间；铁和康铜则被使用在200～1000℃之间；由铂和铂铑合金（铑10%）构成的温差电偶测温可达千摄氏度以上；铱和铱铑（铑50%）可用在2300℃；若用钨和钼（钼25%）则可高达2600℃。
（2）测量精度高：热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响，从而减少了无关量的影响，提高测量精度。
（3）受热面积和热容量可做得很小，实现小范围高精度测温，如研究金相变化、小生物体温变化，而水银温度计则难于可比。
（4）构造简单，使用方便：热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。
（5）由于热电偶测温是将温度测量转换为电学量的测量，因而非常适用于自动调温和控温系统，从而提升了工作中人机关系的安全性和舒适性。
例如，在金属冶炼熔炉，核电站反应堆等有高温的特殊场合，应用热电偶温度计，可以实现远距离测温，进而采取下一步措施。
2．2温差电制冷及其应用温差电制冷是利用珀耳帖效应用电能来传递热量。
因为温差电致冷用的材料通常为半导体材料，因此，温差电致冷又常被称为半导体致冷或电子致冷。
温差电致冷产品的核心是温差电致冷组件。
目前，致冷组件的外表面一般为绝缘且导热良好的氧化铝陶瓷。
半导体温差电制冷器是由N 型半导体和P 型半导体构成的温差电偶，用铜片把两个半导体连接起来。
宏观上，电流I 由N 型半导体流向P 型半导体时，该接头吸收珀耳帖热；在另一接头，电流由P 型半导体流向N 型半导体，有热量释放出来。
微观上，外电场使P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子都向热面运动，并在接头附近发生复合，空穴、电子对复合前的势能和动能，变成接头处晶格的热振动能量，从而有大量热量释放出来。
而在致冷组件的冷面，外电场使空穴和电子都离开接头，在接头处要产生空穴、电子对，空穴、电子对的能量来自晶格的热振动能，从而可以观察到明显的吸热现象。
再通过各种各样的散热方式，把热端的热量带走，冷端就能保持较低温度。
在热平衡条件下，冷端所能达到的温度，取决于半导体材料的温差电特性和冷端的热负载以及器件的设计（工作状态、散热条件等）。
半导体致冷技术的应用广泛、产品众多。
医用低温床垫、医用冷帽可以减少心脑血管病人的痛苦，并有良好的辅助治疗效果。
显微镜冷冻台、切片冷冻台，更是医疗方面不可缺少的装置。
半导体致冷露点仪在科学研究领域大量使用，该仪器的控温精度能达到千分之一度。
石油分析中的倾点、凝点等测试仪，更是半导体致冷的用武之地。
半导体致冷的除湿机在文件资料、磁盘光盘、高级服装的保存方面也起着重要作用。
美国通用公司已经成功开发出半导体致冷的司机座垫，而且该座垫使用了一种先进的柔性连接结构，使座垫更加安全、舒适。
半导体致冷散热器将彻底消除CPU工作时的温度过高现象【5】，从而更好地保护电脑的心脏【4】。
温差电致冷组件也是一种没有机械转动部件的固态器件，而且这种组件体积小、重量轻、寿命长、可靠性高，在工作时无噪声、不释放有害化学物质（如氟氯烃），还能在任意角度安装，只需要改变电流方向便可实现致冷和加热的功能，而且调节电流大小可以精确控制温度。
由于这一系列优点，所以温差电制冷在工业、农业、科学研究和国防等各领域都得到了广泛的应用。
尤其对军事、航天领域的应用极为重要。
温度对红外探测器的灵敏度，有很大的影响，温度低，信噪比则高，图像就更清晰。
军用红外探测器可使用温差电致冷技术降低温度，从而提高信噪比。
像红外探测器一样的CCD 器件，也需要低温工作。
CCD器件使用的温差电制冷组件，一般为二级或三级微型组件，是采用特殊结构，把CCD器件和致冷组件焊接在一起并进行封装【4】。
军用方舱通讯车利用温差电制冷技术，可使其中的各种控制仪器处在理想的工作温度中。
导弹发射装置需要控温，核弹头的储存、运输更是一个需要控温的极其复杂和敏感的过程。
采用温差电致冷技术的导弹发射装置，能使导弹发射前处在一定温度，为导弹的成功发射，提供保障。
核弹头储运箱也采用了温差电制冷技术，这样，核弹头在储存、运输过程中能够始终恒温，确保了核弹头的安全【4】。
隐蔽性强是潜艇的重要特性之一，因此，安静对潜艇来说，是一项必要要求。
温差电致冷的空调器取代压缩机空调，可极大降低在潜艇上使用时的工作噪声。
我国已经进行了多次载人航天的试验飞行，而且我国的宇航员也已经乘坐我国自行研制的宇宙飞船成功地飞上太空。
并且在宇宙飞船上将进行了大量的科学试验，而采用温差电致冷技术的生物培养箱是搭载生物试验的必不可少的重要装置，该技术可使箱内温度保持在18~20 ℃，为试验生物的生存条件提供了保障。
还有一种专门用来储存宇航员体液的温控箱，可以将搜集的样品安全的带回地面，供医学研究。
俄罗斯和美国都曾发射过大型的空间站，空间站中的生命保障系统设计非常复杂，其中就大量使用了温差电致冷技术【4】。
温差电致冷由于其自身具有的独特优势，所以在卫星、雷达、光纤通讯、激光武器等许多方面也有着广泛应用。
3．结束语随着科学技术的不断发展与成熟，越来越多的材料被发现，被应用到温差电的研究中去，从而也使得温差电，这一古老而又年轻的科学，焕发着无穷的魅力，吸引着一批又一批的研究者去探索，去发现。
目前，我们人类正面临着环境恶化和能源紧缺的严峻挑战，这为温差电技术的发展，提供了千载难逢的机遇。
随着我国经济的快速发展，对能源的需求量越来越大，同时，世界局势瞬息万变，这对于像我国这样一个对能源进口占很大比重的能源消耗大国来说，存在很大的安全隐患。
从另一方面将，可持续发展对环境的保护也提出了更高的要求。
因此，我们应该从实际需求出发，加大投入，大力发展温差发电技术，走出一条有自主知识产权和特色的能源之路。
相信在不远的将来，温差电的应用，不仅仅局限于现在的特殊应用范围，而是向大众化、平民化、简单化发展，温差电效应的身影，会遍布我们生活的角角落落，使我们的生活，更加方便，安全，和谐。
参考文献：【1】汪志诚. 《热力学·统计物理》（第四版）[M]. 高等教育出版社，2008年12月第4版【2】秦允豪. 《热学》第二版[M]. 教育出版社.1990【3】林宗涵. 《热力学与统计物理学》[M]. 北京大学出版社，2007年1月第1版【4】王风跃《温差电——一门古老而又年轻的科学》[J]，电子世界，2002年02期【5】蔡善钰《空间同位素发电体系的应用现状与展望》[J] .核科学与工程 ,1994 ,14 ( 4) :373～379.。
