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閱讀：0發(fā)布時間：2025-1-27
塞貝克效應是三種主要變化之一，可以在熱電效應下觀察到。它以德國物理學家托馬斯·約翰·塞貝克（Thomas Johann Seebeck）的名字命名，他在 1821 年的獨立研究中發(fā)現(xiàn)了熱電效應現(xiàn)象。
兩種不同的電導體或半導體之間的溫差直接轉(zhuǎn)換為電勢稱為熱電效應。當這些具有電勢差的導體通過電連接接觸時，會導致帶電粒子的流動，從而產(chǎn)生電流。相反的情況也適用于在兩個不同的電導體上施加電勢差將導致它們結(jié)點處的溫度差的情況。
塞貝克效應理論
在塞貝克效應中，也會發(fā)生同樣的現(xiàn)象，并且由于施加熱源而產(chǎn)生電勢?？梢栽诮Y(jié)的“熱”端和“冷”端測量該電勢。
考慮連接到公共熱源的兩個半導體，n 型和 p 型，這會提高連接端的溫度。這兩種半導體的另一端處于相對較低的溫度，從而產(chǎn)生熱梯度。n 型導體“熱”端的電子從源接收熱能。它們會充滿活力并流向“冷”端。以這種方式，熱端具有低密度的電荷載流子（n 型為電子，p 型為空穴），而冷端具有較高的電荷載流子密度。這種電荷分布在結(jié)上形成電場。當用導體連接結(jié)的兩端時，電荷開始流過它，并產(chǎn)生電流。
可以觀察到三種形式的塞貝克效應。
在兩端連接負載將為負載供電，這兩種材料與熱源將充當發(fā)電機。
如果使用導體將電壓表連接到兩端，則測量的電壓可用于確定兩端之間的溫差。
另一個見的連接是將設置用作另一個電氣設置或電路的開關(guān)，從而控制其操作。
塞貝克發(fā)電機
連接到熱源并將其轉(zhuǎn)換為電壓以驅(qū)動負載需求的兩個不同導體的組合稱為塞貝克發(fā)電機。它可用于獨立發(fā)電，為小規(guī)模負載需求供電，即無需任何外部電源連接。從結(jié)的較高溫度部分到導體的相對較冷部分的熱流導致熱梯度和熱流。結(jié)的組成粒子帶電并開始從高密度區(qū)域移動到低密度區(qū)域。由于電荷流動而產(chǎn)生的電壓差充當連接負載的電源。由于不涉及旋轉(zhuǎn)部件，因此可以在低功率遠程安裝中找到應用。
，導體兩端產(chǎn)生的電壓與它們兩端的溫度梯度成正比。比例常數(shù)稱為熱電勢或塞貝克系數(shù)。換句話說，溫差的變化率與產(chǎn)生的電壓的相應變化率是由塞貝克系數(shù)相關(guān)的。
在數(shù)學上，
V = – S(Th – Tl)
其中，V = 電位差
S = 塞貝克系數(shù)
Th = 熱端
溫度 Tl = 冷端溫度
或者，
δV = – S (δT)
其中，δV = 電壓
變化 δT = 溫差變化
塞貝克系數(shù)是其標準形式，定義為在整個觀察過程中，當兩個導體兩端的溫度保持在 1 開爾文時，它們之間產(chǎn)生的電壓量，即，
S = – V
塞貝克效應的應用：
有多種機械和化學性質(zhì)隨溫度的變化而變化。因此，當使用達到的電勢監(jiān)測溫度的凈變化時，塞貝克效應也可用于研究或確定這些參數(shù)。這些包括測試材料強度、退化和放射性元素在一段時間內(nèi)隨溫度變化的輻射強度。來自這些熱電裝置的電信號可用于啟動安全開關(guān)或警報，以發(fā)出狀況信號。
熱電偶——這種熱電裝置是至少兩種不同導體或半導體的組合，用于通過將所得電參數(shù)轉(zhuǎn)換為其相應溫度來測量溫差或溫升。它也可用于啟動回路或閥門。
熱電堆 –熱電堆是多個串聯(lián)（有時并聯(lián)）連接的熱電偶溫度傳感器，以獲得可用電壓來提供相對較高規(guī)模的功率要求。
高頻功率傳感器——塞貝克效應已被發(fā)現(xiàn)可用于尋找正弦波的準確幅度。這有助于檢測系統(tǒng)中產(chǎn)生的超頻功率的存在并向操作員發(fā)出信號。
發(fā)電機——利用塞貝克效應的熱電聯(lián)產(chǎn)已被許多發(fā)電機組提出并應用，以利用工業(yè)中產(chǎn)生的廢熱來產(chǎn)生額外的電力。
自旋塞貝克效應
通過研究對磁化電導體施加熱量的影響，現(xiàn)代科學家已經(jīng)能夠為塞貝克效應的研究提供另一個維度。由熱梯度驅(qū)動的電荷載流子根據(jù)它們各自的自旋或角動量重新定位。這種現(xiàn)象是最近在2008年發(fā)現(xiàn)的。與常規(guī)相反，在粒子重排過程中沒有熱量浪費。這種效果被廣泛應用于制作快速響應的微動開關(guān)。
該領(lǐng)域的發(fā)展促使研究人員嘗試開發(fā)同時使用太陽能和熱電電池的電源，以提高兩種電池的綜合效率，并將太陽輻射作為熱源。
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