要介绍的叫温差电。形成温差电动势的非静电力是 跟热现象有关的。
那么这里面有汤姆孙效应和汤姆孙电动势。
汤姆孙效应和电动势是因为温度不均匀引起的热扩散。
就是热扩散就输运吗,就等效于一种 非静电力。所以说有同学说温差电
是可以提供非静电力这是对的,但是 它说了,如果说两个都是非静电力,就是说你要具体去举出来
像这是热扩散的效应非静电力啊,那么比如说就像
这根金属棒,我在这加热 这儿的温度比这高,那么于是呢自由电子就往这儿跑,对吧
因为它自由电子能跑,晶格也不能动,所以呢这儿就积累正电荷,这儿负电荷
于是呢,这是非静电力,因为非静电力是当为正电荷所受的力
所以它应该是这个方向,。那么这个正负电荷积累产生一个电场
它俩平衡那么就不动,对吧,所以这个是 它可以等效成一个什么呢
一个电源,T2,T1,那么这个就是 非静电力是sigma
T这不是电导率啊 这是汤姆孙系数,这个物理要的这个
这个跟什么呢,跟温度梯度有关,对吧,跟温度梯度有关,所以说
这个电动势是T1和T2之间的 从b极到a,k点dl就是T1到T2
sigma T点dT,这个是汤姆孙电动势
那么这个当然类似于气体的运动,宏观上等效于一个非静电力
它瞬间完成是吸热的,这个汤姆孙效应是在 每升高一度,有10的-5次方福特,非常小
那么在这个过程当中,啊,如果 这个电流是这样流的,这是外界的
那个电源,啊,那么如果电流是这个方向,那么K呢是做正功的
那么这个过程是吸热,转换成电势能
而这个电流是这样流的,那么在这个电流过程中K是做负功的
那么它是要放热,所以电势能降低,放热。所以我们说汤姆孙效应
是热和电转换的效应,而且呢,它不同于焦耳热,是可逆的
它是可逆的,所以说这个sigma T呢和材料性质有关
当然,用同种金属,只依靠汤姆孙电动势
不能在闭合回路里建立恒定的电流
比如说这两种金属是一样的,这是T1这是T2
那么应该说这两个sigma一样,因此
这两端的汤姆孙效应是两个相同的电源
并联,有电流吗?不可能有电流 啊,这个是汤姆孙效应。那么佩尔捷效应
或者有的地方叫party效应,它不一样 它是因为密度不均匀引起的电子扩散
那个是热扩散,这个呢是因为两种金属的
电子束密度不同引起的,就是说比如
A和B之间,这个nA大于nB,那么就会使得AB里面呢
自由电子往这边去再流向正电荷,所以这个之间有一层这个 正负电荷的一个偶基层,一个偶基层
那么当然它就是 在这里建立了电场,这个电场抵消掉
这个粒子束密度,就不动啊,所以它也等效于一个电源 那么它的过程跟刚才说的是一样的
在AB两端之间形成一个电势差 这个就是叫佩尔捷效应。它比汤姆孙效应大
大概到10的-2和10的-3次方量级 当然,单一温度下,只依靠party,你看啊
叫party也行叫佩尔捷也行是一个事情啊 你们去看书我这里把两个都写上就告诉你们你们看书
看到这个其实就是这个,只是翻译不一样而已 单靠单一温度下也不行,你看哦
单一温度下,ABCD四种,啊,那么如果它的束密度比它大,那么
电子转到这来,它再比它大转过来,它再比它大
它还能比它大吗?不能了,对吧?所以说只靠
佩尔捷效应也不行,那么怎么样能够得到一个温差电动势?
就让两种不同的金属,啊,汤姆孙效应说同一种金属不行 那么我就让上面那个金属呢是A,下面那个金属呢是B
然后呢它们在连接处呢就有两个不同的温度
这样呢就形成了这个里面温度不一样 在A里面形成一个汤姆孙电动势
B里面形成一个汤姆孙电动势,但是呢汤姆孙系数因为 材料金属不同所以汤姆孙系数是不一样的
那么另外在两种金属接头的地方 这个是T1,这是T2,那么也形成了佩尔杰电动势
它们的大小呢也不相等,那么这样就相当于有4个电动势
连在一起,所以我们说整个电动势存在于整个闭合回路上
那么在这个非静电力推动下,我们说闭合回路就形成了恒定的电流。
所以说总的温差电动势就是
AB当中的佩尔杰电动势在T1,加上 从B到A的T2,这两个,再
加上T1到T2的A的里面的汤姆孙电动势和B里面的汤姆孙电动势
那么你们可以看到就是说比如说这是一个电源这是一个电源
这边是一个电源这边是一个电源四个电源连在一起
那么就可以有电流在这里边流动,那么我们说它有什么应用呢?
它可以做成温差电偶,做成温差电偶
主要呢可以用来测量温度,比如说 我们平时测量温度呢是水银温度计,我们加在这个这个底下
或者像我们南方是含表,口表,但是你去给那个小白鼠
量体温,你拿水银温度计夹在它胳肢窝底下
怎么量啊,啊,所以呢,一般对这种小动物去量体温的话
用温差电偶比较方便,比如它的出口很小,就贴着它那个地方
就可以量到体温,所以说它用来测量温度
而且它的优点是,我们学过热学知道,这个水银温度计你去标定它温度它测量范围就是
在0到100或0下一点点,对吧,它是有那个测温物质有标定的温度
是有一定限制的,但是温差电偶测量的范围是非常广的,非常广的
而且受热面积小,可以做的很小,所以可以测量微小的温度变化,或者微小的热量
那么温差电偶怎么做呢?其实你看
这是A金属A,这是金属B,然后呢这两端是不同的温度
两端是不同的温度,那么这东西当然没法做温差电偶 那么我们怎么办?我们想想办法
啊,我们把这头呢拉开来,中间贴一个C材料
让这两个,就说 A和C的接头和C和B的接头维持在同一个温度下
那么你想想,啊,这个,这两个温度相同,所以你插进去一个
第三个导体,第三种材料,那么我们说呢
这也有一个汤姆孙电动势这也有一个汤姆孙电动势,这是温度一样的,就没有汤姆孙电动势
但是这两个佩尔杰电动势呢应该对于同种材料来讲
他们俩跟这个是等效的,跟这个是等效的,所以我插进去一个C
不影响这个的效果,所以呢这里面呢形成的电动势因为
这两个温度一样,还是跟原来的是一样的,那么这个C呢我们进一步再去给他处理
啊,进一步处理呢,就把这个C头呢给它拉开,这个C啊 去接着一个定位差计算
啊,大家知道定位差计是一个补偿电路,那么这个呢维持在
同一个温度下,那么这个地方呢T1呢这个地方就做成一个测温的接头
就说把这个放在小白鼠胳肢窝底下,然后呢,让那个定位差计就可以显示出
里边因为这里接上一个定位差计就是一个闭合回路就有电流
对吧?然后就有微小的电流定位差计就可以测出来是有多少电流
那么于是这个用在电流再换算,跟温度去换算,就可以知道小白鼠的体温是多少
啊,所以呢这个就是所谓的温差电偶,它基本上是这样
可以做成这样的一个东西,这种东西呢,在应用当中很广泛,它甚至于
去测那个炼钢炉的温度都是可以的,它测温范围比较宽
那么另外我们要介绍一下这个温差效应其实是很重要的
那么一般认为金属当中温差效应呢已经 比较明显了,但是不是很大
而且我们发现半导体的温差效应更大一些 一般来说金属当中的温差电动势大约是这个范围
那么半导体 同样存在这种温差电,而且它比较显著,大约基本上是
比它高一个数量级吧,几百,甚至于可以到毫伏量级
这个是微伏嘛,这可以到毫伏量级。因此呢我们说可以利用温差
就半导体的温差效应做成温差电对然后来发电
所以我们说实际上温差电可以发电,所以这个也可以制冷,现在
你们知道有一种车载冰箱,车载冰箱它是不用那个那个就是
压缩机的,有两种,一种有压缩机一种是半导体
半导体是什么?就是这种,就是这种东西,它虽然制冷效果不是很明显
但是它可以积累,效率并不很高,所以我们说它优点是很多的
优点是很多,它有很重要的应用。比如说太阳能汽车
啊,空间站,人造卫星的太阳能电池都跟温差电
效应有关系,啊,所以我们讲到电源,那么我们顺便介绍一下这个