材料的熱電性質(zhì)課件1

1、2.2 材料的熱電性能 材料的兩端存在 電位差產(chǎn)生電流， 溫度差產(chǎn)生熱流。從電子論的觀點看，在金屬和半導(dǎo)體中，無論是電流還是熱流，都與電子有關(guān)。故溫度差，電位差，電流，熱流之間存在交叉聯(lián)系，這就構(gòu)成了熱電效應(yīng)。2022/9/262.2 材料的熱電性能 材料的兩端存在從電子論的觀點看，在一 帕耳帖效應(yīng) 二 湯姆遜效應(yīng)三 塞貝克效應(yīng)三個基本熱電效應(yīng)2022/9/26一 帕耳帖效應(yīng) 三個基本熱電效應(yīng)2022/9/24一 帕耳帖效應(yīng)將銅、鉍兩根金屬絲的端點互相連接（A,B處）成為一閉合回路。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)A接頭變冷，吸熱效應(yīng)；B接頭變熱，發(fā)生了放熱效應(yīng)，這個現(xiàn)象稱為

2、帕爾帖效應(yīng)1 定義：2022/9/26一 帕耳帖效應(yīng)將銅、鉍兩根金屬絲的端點互相連接（A,B處）成2 分析原因：不同的金屬，電子狀態(tài)不同，銅鉍接觸時，電子從12，1中電子減少，2中電子增多。1電位為正，2電位為負。這樣不同金屬的接觸面處產(chǎn)生的電勢稱接觸電勢差（V12）+ 1e 2V122022/9/262 分析原因：+ 1V122022/9A處： 通電后，外加電場使電子移動形成電子電流,接觸電勢差V12將阻礙電子的運動，電子動能減小，減速的電子與金屬離子碰撞，從金屬原子那里獲得能量，金屬 離子能量減小，從而使該處溫度降低，變冷，須從外界吸熱。eeV12V122022/9/26A處： eeV12

3、V122022/9/24B處：通電后，接觸電勢差V12將加速電子的運動，電子動能增加，加速的電子與金屬離子碰撞，把獲得的動能交給金屬原子，金屬離子能量增加，從而B處溫度增加，變熱，須放熱。eeV12V122022/9/26B處：eeV12V122022/9/24帕爾帖效應(yīng)的應(yīng)用制冷 熱電效應(yīng)的大小主要取決于兩種材料的熱電勢。純金屬材料的導(dǎo)電性好，導(dǎo)熱性也好。用兩種金屬材料組成回路，其熱電勢小，熱電效應(yīng)很弱，制冷效果不明顯(制冷效率不到1%)。 半導(dǎo)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。2022/9/26帕爾帖效應(yīng)的應(yīng)用制冷 熱電效應(yīng)的大小主要取決 圖示出N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)

4、體構(gòu)成的熱電偶制冷元件。用銅板和銅導(dǎo)線將N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體連接成一個回路，銅板和銅導(dǎo)線只起導(dǎo)電的作用。 回路中接通電流時，一個接點變熱，一個接點變冷。如果改變電流方向，則兩個接點處的冷熱作用互易，即：原來的熱接點變成冷接點，原來的冷接點變成熱接點。熱電制冷元件2022/9/26 圖示出N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體構(gòu)成的熱電偶制冷元件。用銅板 熱電制冷器它不需要一定的工質(zhì)循環(huán)來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，沒有任何運動部件。熱電制冷的效率低，半導(dǎo)體材料的價格又很高，而且，由于必須使用直流電源，變壓和整流裝置往往不可避免，從而增加了電堆以外的附加體積。所以熱電制冷不宜大規(guī)模和大冷量便用。但由于它的靈活性強，簡單方便

5、，使用可靠，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。例如，為空間飛行器上的科學(xué)儀器、電子儀器、醫(yī)療器械中需要冷卻的部位提供冷源等。2022/9/26 熱電制冷器它不需要一定的工質(zhì)循環(huán)來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，沒有任何1.什么是傳統(tǒng)機械按鍵設(shè)計？傳統(tǒng)的機械按鍵設(shè)計是需要手動按壓按鍵觸動PCBA上的開關(guān)按鍵來實現(xiàn)功能的一種設(shè)計方式。傳統(tǒng)機械按鍵設(shè)計要點：1.合理的選擇按鍵的類型，盡量選擇平頭類的按鍵，以防按鍵下陷。2.開關(guān)按鍵和塑膠按鍵設(shè)計間隙建議留0.050.1mm，以防按鍵死鍵。3.要考慮成型工藝，合理計算累積公差，以防按鍵手感不良。傳統(tǒng)機械按鍵結(jié)構(gòu)層圖：按鍵開關(guān)鍵PCBA1.什么是

6、傳統(tǒng)機械按鍵設(shè)計？傳統(tǒng)的機械按鍵設(shè)計是需要手動按壓二 湯姆遜效應(yīng)當金屬導(dǎo)線兩端，溫度不同，通過電流，發(fā)現(xiàn)，若電流方向與熱端方向一致時產(chǎn)生放熱，反之吸熱。這就是湯姆遜效應(yīng)。1 定義：IT1T2+T1 T22022/9/26二 湯姆遜效應(yīng)當金屬導(dǎo)線兩端，溫度不同，通過電流，發(fā)現(xiàn)，若電溫差電勢原理圖金屬兩端存在溫差：T1 高 溫 T2 低 溫高溫電子動能大，低溫電子動能小，電子將從T1 T2， 并在T2處堆積從而在金屬到體內(nèi)出現(xiàn)電勢差，稱為溫差電勢差 V(T1,T2）擴 散2 分析原因：V(T1,T2)T1T2+2022/9/26溫差電勢原理圖金屬兩端存在溫差：T1 高 溫擴 散2 分析V(T1,T

7、2)T1T2I+外加電流與V(T1,T2)同向電子從T2 T1被V(T1,T2)加速在與金屬離子碰撞中傳給金屬離子能量，使整個金屬能量升高，放出熱量。2022/9/26V(T1,T2)T1T2I+外加電流與V(T1,T2)T1T2I+外加電流與V(T1,T2)反向電子從T1 T2被V(T1,T2)減速在與金屬離子碰撞中獲得來自金屬離子的能量，使整個金屬能量降低，吸收熱量。2022/9/26V(T1,T2)T1T2I+外加電流與三 塞貝克效應(yīng)把兩種不同的金屬導(dǎo)體1，2組成閉合回路，兩接點分別置于T1和T2（設(shè)T1T2）兩不同溫度時，則在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，形成回路電流。這種現(xiàn)象稱塞貝克效應(yīng)。1

8、2T1T21 定義：2022/9/26三 塞貝克效應(yīng)把兩種不同的金屬導(dǎo)體1，2組成閉合回路，兩接點帕爾帖效應(yīng)兩金屬接觸產(chǎn)生接觸電勢差 V12(T1)， V12(T2)湯姆遜效應(yīng)存在溫差的金屬兩端產(chǎn)生溫差電勢差 V1(T1,T2)， V1(T1,T2)12T1T2-V1(T1,T2)V2(T1,T2)V12(T1)V12(T2)2 分析原因：2022/9/26帕爾帖效應(yīng)兩金屬接觸產(chǎn)生接觸電勢差12T1T2-V1(T12T1T2-V1(T1,T2)V2(T1,T2)V12(T1)V12(T2)熱電勢：熱電勢與溫差有關(guān)，一般表達式不同材料具有不同的同種材料溫差變化，熱電勢變化2022/9/2612T1T2-V1(T1,T2)V2(T1,T2)V12(T塞貝克效應(yīng)的應(yīng)用用于溫度測量的熱電偶2022/9/26塞貝克效應(yīng)的應(yīng)用用于溫度測量的熱電偶2022/9/24常用熱電偶材料 材料測溫范圍特點應(yīng)用鉑鐒10純鉑0 1000 準確性高，成本高精密測溫、標準銥鐒10純銥0 2100 科學(xué)研究銥鐒40鉑鐒400 1900 氧化、中性氣體鎳鐵鎳銅50 500 50 無電