發(fā)現(xiàn)過程
自學(xué)成才的業(yè)余物理學(xué)家
帕爾帖效應(yīng)是法國科學(xué)家珀爾帖于1834年發(fā)現(xiàn)的,所以,一提到帕爾帖的名字,人們很容易將他與帕爾帖效應(yīng)聯(lián)系起來,并誤以為他是一個物理學(xué)家,實際上他至多算個業(yè)余的物理學(xué)家。
帕爾帖生于法國索姆,他本來是一個鐘表匠,30歲那年放棄了這個職業(yè),轉(zhuǎn)而投身到實驗與科學(xué)觀測領(lǐng)域之中。在他撰寫的大量論文中,絕大部分都是關(guān)于自然現(xiàn)象的觀測,譬如天電、龍卷風(fēng)、天空藍(lán)度測量與光偏振、球體水溫、極地沸點等,也有少量博物學(xué)方面的論文。
鐘表匠作出科學(xué)大發(fā)現(xiàn)
1834年法國鐘表匠兼科學(xué)家珀爾貼發(fā)現(xiàn)了熱電致冷和致熱現(xiàn)象-即溫差電效應(yīng)。由兩種材料組成一對熱電偶, 當(dāng)熱電偶通入直流電流后,因直流電通入的方向不同, 將在電偶結(jié)點處產(chǎn)生吸熱和放熱現(xiàn)象,稱這種現(xiàn)象為珀爾帖效應(yīng)。
物理解釋
對帕爾帖效應(yīng)的物理解釋是:電荷載體在導(dǎo)體中運(yùn)動形成電流。由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級,當(dāng)它從高能級向低能級運(yùn)動時,便釋放出多余的能量;相反,從低能級向高能級運(yùn)動時,從外界吸收能量。能量在兩材料的交界面處以熱的形式吸收或放出。
流行的電子冰箱用的半導(dǎo)體致冷器就采用了珀爾帖效應(yīng)
帕爾帖系數(shù)
1837年,俄國物理學(xué)家愣次(Lenz,1804~1865)發(fā)現(xiàn),電流的方向決定了吸收還是產(chǎn)生熱量,發(fā)熱(制冷)量的多少與電流的大小成正比,比例系數(shù)稱為“帕爾帖系數(shù)”。
Q=л·I=a·Tc·I,其中л=a·Tc
式中:Q——放熱或吸熱功率
π——比例系數(shù),稱為珀爾帖系數(shù)
I——工作電流
a——溫差電動勢率
Tc——冷接點溫度
實際應(yīng)用
帕爾帖效應(yīng)發(fā)現(xiàn)100多年來并未獲得實際應(yīng)用,因為金屬半導(dǎo)體的珀爾帖效應(yīng)很弱。直到上世紀(jì)90年代,原蘇聯(lián)科學(xué)家約飛的研究表明,以碲化鉍為基的化合物是最好的熱電半導(dǎo)體材料,從而出現(xiàn)了實用的半導(dǎo)體電子致冷元件——熱電致冷器(ThermoElectriccooling,簡稱TEC)。
與風(fēng)冷和水冷相比,半導(dǎo)體致冷片具有以下優(yōu)勢:(1)可以把溫度降至室溫以下;(2)精確溫控(使用閉環(huán)溫控電路,精度可達(dá)±0.1℃);(3)高可靠性(致冷組件為固體器件,無運(yùn)動部件,壽命超過20萬小時,失效率低);(4)沒有工作噪音。