第二讲温差电基本理论
接触电动势和温差电动势的产生原理
接触电动势和温差电动势的产生原理1. 概述电动势是指导致电荷在导体中移动的力，是电动力和电荷单位正电荷之间的关系。
电动势可以由多种方式产生，其中包括接触电动势和温差电动势。
本文将重点探讨接触电动势和温差电动势的产生原理及其相关知识。
2. 接触电动势的产生原理接触电动势是由两种不同金属直接接触时产生的电动势。
在接触处，金属之间的电子会发生迁移，导致带电情况发生变化，从而产生电动势。
接触电动势的产生原理主要包括以下几点：2.1 费米能级对齐原理费米能级是指在固体中，占据能级和未占据能级之间的分界线。
当两种不同金属直接接触时，它们的费米能级会趋向对齐。
如果两种金属的费米能级相差较大，电子将会从费米能级较低的金属向费米能级较高的金属转移，产生电势差。
2.2 阻隔层效应在两种不同金属直接接触时，通常会形成一个非导电的氧化层或其他低导电性物质的薄膜，称为阻隔层。
这个阻隔层会阻碍电子的自由传输，从而产生电势差。
2.3 温度效应接触电动势还会受到温度的影响。
温度升高会使金属内部的电子迁移速度增加，从而增强接触电动势的大小。
3. 温差电动势的产生原理温差电动势是在金属导体中，由于导体两端温度不同而产生的电动势。
其产生原理主要包括以下几点：3.1 热电效应热电效应是温差电动势产生的基础。
当导体两端温度存在差异时，导体中的自由电子会受到热运动的影响，从而产生电势差。
热电效应是温差电动势产生的主要机制之一。
3.2 Seebeck效应Seebeck效应是指在金属导体中，当两个不同金属导体的温度存在差异时，会产生由温度差引起的电势差。
Seebeck效应是温差电动势的重要表现形式，也是温差电动势产生的重要原理之一。
3.3 Thompson效应Thompson效应是指在导体内部存在温度梯度时，会产生由温度梯度引起的电势差。
Thompson效应也是导致温差电动势产生的重要原理之一。
4. 总结接触电动势和温差电动势的产生原理是电磁学中的重要知识点，对于理解电动势的产生机制与特性具有重要意义。
温差电效应与应用
数据处理
背景资料
实验原理
实验仪器
实验内容
1>作图法 作图法 根据所测量数据， 为横坐标， 根据所测量数据，以温差 ∆t为横坐标，温差电动势 E 为纵坐 在坐标纸上画出定标曲线（ 曲线）， ），并由此求电 标，在坐标纸上画出定标曲线（即 E − ∆t曲线），并由此求电 偶常数C和水的沸点温度 和水的沸点温度t。 偶常数 和水的沸点温度 。 2>最小二乘法 最小二乘法 根据所测量数据，用最小二乘法求其线性回归方程， 根据所测量数据，用最小二乘法求其线性回归方程，由此计 算出电偶常数C及标准差 及标准差。 算出电偶常数 及标准差。
A
T 1
+++
T 2
实验原理
背景资料
实验仪器
实验内容
数据处理
因此，热电偶回路中温差电动势的大小除了和组成电偶的材料有关， 因此，热电偶回路中温差电动势的大小除了和组成电偶的材料有关， 还决定于两接触点的温度差，当制作电偶的材料确定后， 还决定于两接触点的温度差，当制作电偶的材料确定后，温差电动势的 大小就只决定于两个接触点的温度差，一般说， 大小就只决定于两个接触点的温度差，一般说，电动势和温差的关系非 常复杂，若取二级近似，可表为如下形式 常复杂，若取二级近似，
实验原理 注：
背景资料
实验仪器
实验内容
数据处理
为了测定温差电动势，需在闭合回路中接入测量仪表，如图 为了测定温差电动势，需在闭合回路中接入测量仪表，如图3 所示，这相当于把第三种金属（如电位差计的电阻丝） 所示，这相当于把第三种金属（如电位差计的电阻丝）串入回 理论上可以证明， 路。理论上可以证明，在A、B两种金属之间插入任何一种金 、 两种金属之间插入任何一种金 的联接点在同一个温度， 属C，只要维持它和 、B的联接点在同一个温度，这个闭合电 ，只要维持它和A、 的联接点在同一个温度 路中的温差电动势总是和由A、 两种金属组成的温差热电偶 路中的温差电动势总是和由 、B两种金属组成的温差热电偶 中的温差电动势一样。这一性质在实际应用中是很重要的， 中的温差电动势一样。这一性质在实际应用中是很重要的，图 3所示为常用的测温线路，即用铜丝 将温差电动势接送电位差 所示为常用的测温线路， 所示为常用的测温线路 即用铜丝C将温差电动势接送电位差 计是常见的用法。 计是常见的用法。
【管理资料】温差电动势(精)汇编
注意事项
电源, 热电偶的极性均不得接反。 电热杯禁止空烧。温度计不能与电热杯底部接触。 电热杯水量不要超过杯子的三分之二，以免沸水溢出烫伤. 每次测量时，一定要等温度稳定后再读数。 温度稳定的主要标志：按钮按下时检流计指针基本不动. 应预先将电位差计的示值调到相应位置， 等温度达到预定值时，再微调电位差计，以免损坏检流计. 教师检查数据后才能拆除电路，将面板上“倍率”开关旋到“断”
实验原理
2. 电压补偿法原理
电压表测量电源电动势，其实测量结果是端电压，不是电动势
Ｅx是待测电源，Ｅ0是电动势可调的电源
调节Ｅ0至检流计指针不偏转， 即Ｅx＝-Ｅ0，电路达到平衡。 叫做补偿法
实验原理
3. 电位差计工作原理
回路1为工作回路 回路2为校准电流回路 回路3为测量回路
工作电流能使工作回路和校准回路达到补偿时 I E s Rs
【预习思考题】
• （1）你如何理解模拟法？它的适用条件
是什么？
• （2）能否用直流电压表对静电场直接测
量？为什么？
• （3）用稳恒电流场模拟静电场的实验条
件有哪些？
制作：黄 勇 武汉理工大学物理实验中心
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实验仪器
UJ-36型电位差计（1号1.5V电池4节，9伏电池2节） 热电偶及加热装置，温度计
实验内容
1. 连接电路
实验内容
2. 校准工作电流
先将电位差计上功能开关 K调至“标准”， 调节面板右上角的“电流调节”旋钮， 使检流指“0”，此时工作电流即调好了
3. 测出室温下的初始电动势
先将K拨至“未知”，然后，调节右下方的读数盘， 使检流计指“0”，同时读出温度计和电位差计上 读数盘的数值。应注意的是面板上“倍率”开关， 若电势差太小，请选用×0.2
第三章 与温差电相关的理论
DEd
-Ed
Eg
DEa
Dd
-DEv
-Ev
图3.1 半导体的能带结构
在一定的温度，费米能级处载流子的占据几率 为1／2，其他能级上的占据儿率可以通过该能级 与费米能级之差由费米—狄拉克分布函数(3．2) 式求出。 上式标识了电子的统计分布、半导体中空穴的 统计分布也具有类同的性质。 显然，若知道了载流子在每个能态上的占据几 率及载流子的能态密度．载流子浓度可表示为
(3．29)
其中G(n十1)为G函数，且有下述性质：
G(n十1)＝nG(n)，G[1／2)＝1/2, n为整数时：
G(n)＝(n一1)！ (3．30）
根据(3 29)和(3.30)，可以获得材料处于非简并情形时的塞贝克系数a、载流于浓度 n、迁移率m以及洛仑兹常数L的解析表达式，分别为
2．筒并情形(x》1) 当x》1时，意味着费米能级己超过导带底进入导带，类似于金属能带情形，此
利用(3.19)式，温差电现象中的三个输运系数可以进一步表示为
塞风克系数:
(3.21)
（s
5 2
)
Fs
3 (x ) 2
（s
3 2
) Fs
1 2
(x
)
(3.22)
帕尔帖系数:
电导率: 热导率:
从而，通过上述几个关系式，就可以将温差电优值Z表水为费米能级、有效质童、 弛弛豫时间和散射机制等材料基本物理量的函数。
声学波和光学波分支振动频率与波矢q的变化关系有显著 区别，如图3．2所示。 频率随波矢的变化称为色散关系。 光学波频率随波矢的变化很小，近似为常数。
而声学波则在某一定的波矢范园内，呈现线性的色散关系。 这时，声学波和弹性波—样，波速为常数。
温差电效应及其应用
20 卷第 1 期 (总 115 期)
· 21 ·
dQΠ dt
= Π12 J
，
式中 Π12 称为珀耳帖系数，与接头处材料的性质及 温度有关。这一效应是可逆的，如果电流方向反过
来，吸热便转变成放热。
汤姆孙效应 1856 年 W. 汤姆孙（即开尔文） 用热力学分析上述两种温差电效应时指出，还应有
第三种温差电效应存在。后来有人在实验上发现，
如果在存在温度梯度的均匀导体中通有电流时，导
后来有人在实验上发现如果在存在温度梯度的均匀导体中通有电流时导体中除产生不可逆的焦耳热外还要吸收或放出一定热量这一现象定名为汤姆孙效应
温差电效应及其应用
戴岩伟 戴晓明
金属和半导体中存在电位差时产生电流，存在 温差时产生热流。从电子论的观点来看，不论电流 还是热流都与电子运动有关，故电位差、温度差、
电流、热流之间会存在交叉关系，这就构成了温差
体中除产生不可逆的焦耳热外，还要吸收或放出一
定热量，这一现象定名为汤姆孙效应。在单位时间
和单位体积内吸收或放出的热量 dQ/dt 与电流密度 j 及温度梯度 dT/dl 成正比
dQ dt
=
−μ
L
j
dT dl
，
· 20 ·
式中 μL 称为汤姆孙 系数，与材料的性
质有关。这三种温
差电效应都是可逆
的。汤姆孙用热力学得出上述三种热电效应的输运
温差发电 温差发电是利用塞贝克效应把热能（即内能） 转化为电能。当一对温差电偶的两个接头处于不同 温度时，电偶两端就有一定电动势。要得到较大的 功率输出，实用上通常把若干对温差电偶串（或并） 联成为温差电堆。 用作温差发电机的温差电偶两臂可用一个 N 型 和一个 P 型半导体组成，也可用两种不同的金属合 金组成。然而温差电器件的特性取决于温差电材料 （即电偶两臂）的品质因数
温差发电片原理范文
温差发电片原理范文温差发电技术，也被称为热电技术或热电效应，利用热能与电能之间的相互转换来产生电能。
其中，温差发电片就是用于实现这种热电转换的关键元件。
温差发电片的原理通过热电效应来产生电势差，并将其转化为电能。
在温差发电片中，两种导电材料为热电材料，被称为热致电材料，通常采用的是硅铁合金、硒化铅、碲化铅、硒化汞等材料。
这些材料具有特殊的电导特性，即在温度差异的作用下具有不对称的电导性质。
当温差发电片的一端加热，而另一端冷却时，两种导体之间产生了温度梯度。
在这个温度梯度之下，热致电材料的N型导体和P型导体的材料的能级会发生不同程度的偏移。
根据能级理论，当温度升高时，N型材料中的电子会逃逸到P型材料，P型材料中的空穴也会运动到N型材料。
这样，在N型材料中出现了过剩的电子，而在P型材料中出现了过剩的正空穴。
然后，由于电子和正空穴的运动方向不同，就在两种导体之间产生了电势差。
这个电势差就是温差发电片产生的电势差。
此时，如果将两种导体用导线相连，就可以产生电流了，从而将热能转化为电能。
需要注意的是，温差发电片只是一种将热能转化为电能的关键元件，并不能直接得到可用的电能。
在实际应用中，通常需要将温差发电片与热源和冷源相连，通过热管或热交换器将热能传递给温差发电片，进而产生电能。
温差发电片的主要特点是高效、可靠、环保。
由于热电效应可以直接将热能转化为电能，因此具有较高的能量转换效率。
此外，温差发电片无需运动部件，因此具有较高的可靠性和稳定性，适用于长期运行和恶劣环境条件。
另外，温差发电技术不产生二氧化碳等有害物质，属于清洁能源技术，对环境友好。
温差发电技术有着广泛的应用前景。
它可以被应用于各种能源回收领域，例如工业余热回收、废核热回收、太阳能热电转化等。
此外，由于温差发电技术的灵活性和可扩展性，还可以用于微型能源装置、可穿戴设备及智能传感器等低功耗设备。
总之，温差发电片是一种利用热电效应将热能转化为电能的关键元件。
二极管热电效应原理
二极管热电效应原理一、温差电现象温差电现象是热电效应的一种表现，是指由于温度差而引起的电势差的现象。
当两个不同材料的导体连接成一个回路时，如果两导体的温度不同，则在回路中产生电流，这种现象称为温差电现象。
二、极性在热电效应中，不同的材料具有不同的热电势。
当温度梯度作用于两种不同材料的导体时，由于电子的扩散和重新分布，使得电子从温度较低的一侧向较高的一侧转移，最终形成一个电荷梯度。
由于电子的迁移，导致在导体的两端形成正负电荷聚集的现象，这种现象称为极性。
三、温度梯度温度梯度是指物体内部或物体之间的温度差异。
在热电效应中，温度梯度是产生热电势的主要原因。
当两个不同材料的导体连接在一起时，如果两导体的温度不同，则在导体之间形成温度梯度。
这种温度梯度导致电子从高温侧向低温侧迁移，从而产生热电势。
四、材料性质材料性质对热电效应具有重要影响。
热电材料需要具备较高的热电势和良好的导电性能。
常见的热电材料包括元素周期表中的Bi-Sb-Te系合金和Pb-Te系合金等。
材料的电阻率、导热系数和载流子迁移率等因素对热电效应有显著影响。
五、温度温度是影响热电效应的重要因素之一。
随着温度的升高，材料的电阻率减小，导热系数增大，载流子迁移率增加，导致热电势降低。
因此，在实际应用中，需要根据具体需求选择适当的温度范围和热电材料。
六、总结二极管热电效应原理涉及到温差电现象、极性、温度梯度、材料性质和温度等多个方面。
在实际应用中，为了充分利用热电效应的优点，需要综合考虑各种因素，如温度差、材料选择等。
同时，也需要解决一些问题，如提高热电转换效率、降低成本等。
随着技术的不断发展和新材料的涌现，相信热电效应在能源转换、环境保护等领域的应用将更加广泛。
温差发电机原理
温差发电机原理温差发电机是一种利用温差效应来产生电能的装置。
它利用了热力学中的塞贝克效应和泊松效应，将温差直接转化为电能。
温差发电机的原理基础是热力学第二定律，即卡诺热机效率的理论极限。
温差发电机的工作原理可以简单描述为，当两个温度不同的热源作用在两端时，由于热量传导，导致两端产生温差。
在温差发电机中，使用了一种特殊的材料，称为热电材料，它具有热电效应，即在温差作用下产生电势差。
当热电材料的两端分别接触两个温度不同的热源时，就会产生电势差，从而产生电流，实现将热能转化为电能的目的。
温差发电机的原理可以用简单的电路模型来解释。
当两个热源作用在热电材料的两端时，热电材料内部会产生电势差，就好像一个电池一样。
这个电势差会驱动电流在外部电路中流动，从而产生电能。
这种利用温差产生电能的原理，可以应用在很多领域，比如太阳能光伏发电、地热发电等。
温差发电机的原理是基于热电效应的，而热电效应是一种热力学效应，它描述了在温度梯度作用下，导体中会产生电势差。
这种效应是由于导体内部的自由电子在受热后会产生偏移，从而形成电势差。
而温差发电机利用了这种效应，将温差直接转化为电能。
温差发电机的原理虽然简单，但是要实现高效率的能量转化并不容易。
因为温差发电机需要使用高性能的热电材料，这些材料需要具有良好的热电性能和稳定的工作温度范围。
另外，温差发电机还需要设计合理的结构和散热系统，以确保热量能够充分传递，并且不会因为温度过高而损坏热电材料。
总的来说，温差发电机利用了热电效应，将温差直接转化为电能。
它的工作原理简单清晰，但是要实现高效率的能量转化需要克服很多技术难题。
随着材料科学和热电技术的不断发展，相信温差发电机将会在未来得到更广泛的应用。
温差电效应
温差电效应温差电效应温差电效应即温度变化引起的电流变化现象，是物理学中的一个重要研究对象。
它在许多领域有着重要的应用，如动力电子、光电子、电力系统、核能技术等。
温差电效应被广泛应用于空调、冰箱、洗衣机、电烤箱等家用电器等日常用品中。
1. 温差电效应的物理机制温度变化引起的电流变化即温差电效应，由温度变化引起的电阻变化所致。
由于不同的材料对温度变化的热膨胀率不同，当温度发生变化时，材料的尺寸也会发生变化，使得电阻发生变化。
此外，温度变化还会影响材料的相对电介质性能，从而影响电容量。
2. 温差电效应的实用价值温差电效应技术在实际应用中具有很重要的价值。
比如，在家用电器中，通过对液体、气体进行加热和冷却，可以调节家用电器的温度，实现智能控温。
另外，温差电效应也可以用来控制和调节电动机的转速和定位，从而调节和控制系统的运行状态，实现实时的调节。
此外，由于温差电效应技术的低功耗特性，可以大大减少电器的能耗，从而提高电器的效率和使用寿命。
3. 温差电效应的研究和发展温差电效应研究已经有一段时间，随着实验力学理论、热学理论和材料科学理论的发展，温差电效应研究也取得了长足的进步。
通过对物理原理、材料特性和实验方法的研究，为温差电效应在工程应用中的运用提供了基础。
未来，随着计算机技术、信息技术和生物技术的发展，人们将能够更好地利用温差电效应研究，从而在节能、智能制造、环境监控等领域应用更为广泛。
总之，虽然温差电效应还有待进一步研究，但它在实际应用中已经具有重要的价值，可以实现节能、节电、智能控制等目的，为实现智能科技的发展奠定基础。