热电塞贝克效应：它是什么？热电偶和热电发电机如何工作和操作

如果将两根由不同金属制成的棒紧紧地压在一起，那么它们接触时就会形成双电层和相应的电位差。

这种现象是由于来自金属的电子功函数值不同，这是两种接触金属中每一种的特征。来自金属的电子的功函数（或简称为功函数）是将电子从金属表面移动到周围真空中所必须消耗的功。

实际上，功函数越大，电子越过界面的概率就越低。结果，事实证明负电荷积聚在触点一侧，即具有较高 (!) 功函数的金属所在的位置，而正电荷积聚在具有较低功函数的金属一侧。

意大利物理学家亚历山德罗·伏特观察到这一现象并对其进行了描述。根据经验，他推导出今天称为的两条定律 伏特定律.

沃尔特第一定律听起来是这样的：在两种不同的金属接触时，会产生电位差，这取决于结点的化学性质和温度。

伏特第二定律：串联导线末端的电位差不依赖于中间导线，等于最外层导线在相同温度下连接时产生的电位差。

从经典电子理论的角度来看，伏特实验的不同寻常的结果可以很简单地解释。如果我们将金属外部的电势设为零，那么金属内部有电势吗？电子相对于真空的 I 能量将等于：

将功函数为 A1 和 A2 的两种不同金属接触，我们将观察到电子从功函数较低的第二种金属过度跃迁到功函数较大的第一种金属。

由于这种转变，与第二金属中的电子浓度 (n2) 相比，第一种金属中的电子浓度 (n1) 将增加，这将产生反向过量的电子气体扩散流工作功能不同造成的流动。

在两种金属边界的平衡状态下，将建立以下电位差：

稳态电位差的值可以确定如下：

这种发生接触电势差的现象，显然取决于温度，称为 热电效应或塞贝克效应…塞贝克效应是热电偶和热电发电机运行的基础。

热电偶由两种不同金属的两个接头组成。如果其中一个结点保持在比另一个结点更高的温度，则 热电动势:

热电偶用于测量温度，由各种热电偶衍生的电池可用作 EMF 源甚至热电发电机。

在热电发电机中，当两种不同金属的连接处被加热时，位于较低温度的自由导体之间会产生热电势差或热电动势。如果将这样的电路与电阻闭合，则电流会流入电路，也就是将热能直接转换为电能。

正如 Volta 所说，塞贝克系数取决于该热电偶中所含金属的性质。各种热电偶的 ThermoEMF 值以微伏每度测量。

如果你拿一根由两种不同的金属 A 和 B 组成的环线连接在两个地方并将其中一个结点加热到温度 T1 使得温度 T1 高于 T2（第二个结点的温度），那么在热的接触时，电流将从金属 B 流向金属 A，在寒冷的情况下 - 从金属 A 流向金属 B。在这种情况下，金属 A 的热电磁场相对于金属 B 被认为是正的。

所有已知的金属都有自己的热电动势系数值，它们可以连续排列在一列中，这样每种金属都显示出与以下金属相关的正热电动势。

例如，这里列出了当指定金属与接触温差为 100 度的铂结合在一起时产生的热电动势（以毫伏表示）：

借助给定的数据，可以确定如果连接铜和铝并且触点的温差保持在 100 度，将会产生什么样的热电动势。从较大的热电动势值中减去较小的热电动势值就足够了。因此，温差为 100 度的铜铝对将产生等于 0.74 - 0.38 = 0.36 (mV) 的热电动势。

基于纯金属的热电发电机效率不高（其效率约为 1%），因此未得到广泛应用。然而，值得注意的是，半导体热电转换器的效率高达 7%。

它们基于高度掺杂的半导体，基于 V 族硫族化物的固溶体。为了将“热”面保持在恒定温度，阳光或预热烤箱的热量是合适的。

这些设备可用作远程站点的替代能源：灯塔、气象站、航天器、导航浮标、有源中继器、油气管道防腐保护站。

热电发电机的主要优点是没有移动部件、运行安静、体积相对较小且易于调整。它们的主要缺点——6% 左右的极低效率抵消了这些优势。