[科普中國]-熱電制冷

熱電制冷是以溫差電現象為基礎的制冷方法。電荷載體在導體中運動形成電流，由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當它從高能級向低能級運動時，就會釋放出多余的熱量。反之，就需要從外界吸收熱量（即表現為制冷）。

簡介熱電制冷的機理完全不同于蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷。它是以溫差電現象為基礎的制冷方法。

用兩種不同的金屬絲相互連接在一起，形成一個閉合電路，把兩個連接點分別放在溫度不同的兩處，就會在兩個連接點之間產生一個電勢差——接觸電動勢。同時閉合電路中就有電流通過。

反過來，將兩種不同的金屬線相互連接形成的閉合線路已通直流電，會產生兩個不同溫度的連接點。

只要通以直流電，就會使其中一個連接點變熱，另一個連接點變冷。這就是帕爾帖效應，亦稱溫差電現象。生產冷端就是我們需要的制冷。

半導體電子制冷的效果就主要取決于電荷載體運動的兩種材料的能級差，即熱電勢差。純金屬的導電導熱性能好，但制冷效率極低（不到1%）。

半導體材料具有極高的熱電勢，可以成功的用來做小型的熱電制冷器。 經過多次實驗，科學家發(fā)現：P型半導體（Bi2Te3-Sb2Te3）和N型半導體 (Bi2Te3-Bi2Se3)的熱電勢差最大，應用中能夠在冷接點處表現出明顯制冷效果。

電子冰箱簡單結構為：將P型半導體，N型半導體，以及銅板，銅導線連成一個回路，銅板和導線只起導電作用，回路由 12V直流電供電，接通電流后，一個接點變冷（冰箱內部），另一個接頭散熱（冰箱后面散熱器）。

其他信息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)生了吸放熱現象。這就是熱電制冷的依據。

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。右圖示出N型半導體和P型半導體構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，另一個接點變冷；如果電流方向反向，那么結點處的冷熱作用互易1。

熱電制冷器的產冷量一般很小，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域或有特殊要求的用冷場所。

熱電制冷的理論基礎是固體的熱電效應，在無外磁場存在時，它包括五個效應：傅立葉(Fourier)效應、焦耳（Joule)效應、塞貝克(Seebeck)效應、帕爾帖(Peltire)效應和湯姆遜(Thomson)效應2。

本詞條內容貢獻者為:

王寧 - 副教授 - 西南大學