熱電塞貝克效應：它是什麼？熱電偶和熱電發電機如何工作和操作

如果將兩根由不同金屬製成的棒緊緊地壓在一起，那麼它們接觸時就會形成雙電層和相應的電位差。

這種現像是由於來自金屬的電子功函數值不同，這是兩種接觸金屬中每一種的特徵。來自金屬的電子的功函數（或簡稱為功函數）是將電子從金屬表面移動到周圍真空中所必須消耗的功。

實際上，功函數越大，電子越過界面的概率就越低。結果，事實證明負電荷積聚在觸點一側，即具有較高 (!) 功函數的金屬所在的位置，而正電荷積聚在具有較低功函數的金屬一側。

意大利物理學家亞歷山德羅·伏特觀察到這一現象並對其進行了描述。根據經驗，他推導出今天已知的兩條定律 伏特定律.

沃爾特第一定律聽起來是這樣的：在兩種不同的金屬接觸時，會產生電位差，這取決於結點的化學性質和溫度。

伏特第二定律：串聯導線末端的電位差不依賴於中間導線，等於最外層導線在相同溫度下連接時產生的電位差。

從經典電子理論的角度來看，伏特實驗的不同尋常的結果可以很簡單地解釋。如果我們將金屬外部的電勢設為零，那麼金屬內部有電勢嗎？電子相對於真空的 I 能量將等於：

將功函數為 A1 和 A2 的兩種不同金屬接觸，我們將觀察到電子從功函數較低的第二種金屬過度躍遷到功函數較大的第一種金屬。

由於這種轉變，與第二金屬中的電子濃度 (n2) 相比，第一種金屬中的電子濃度 (n1) 將增加，這將產生反向過量的電子氣體擴散流工作功能不同造成的流動。

在兩種金屬邊界的平衡狀態下，將建立以下電位差：

穩態電位差的值可以確定如下：

這種發生接觸電勢差的現象，顯然取決於溫度，稱為 熱電效應或塞貝克效應…塞貝克效應是熱電偶和熱電發電機運行的基礎。

熱電偶由兩種不同金屬的兩個接頭組成。如果其中一個結點保持在比另一個結點更高的溫度，則 熱電動勢:

熱電偶用於測量溫度，由各種熱電偶衍生的電池可用作 EMF 源甚至熱電發電機。

在熱電發電機中，當兩種不同金屬的連接處被加熱時，位於較低溫度的自由導體之間會產生熱電勢差或熱電動勢。如果將這樣的電路與電阻閉合，則電流會流入電路，也就是將熱能直接轉換為電能。

正如 Volta 所說，塞貝克係數取決於該熱電偶中所含金屬的性質。各種熱電偶的 ThermoEMF 值以微伏每度測量。

如果你拿一根由兩種不同的金屬 A 和 B 組成的環線連接在兩個地方並將其中一個結點加熱到溫度 T1 使得溫度 T1 高於 T2（第二個結點的溫度），那麼在熱的接觸時，電流將從金屬 B 流向金屬 A，在寒冷的情況下 - 從金屬 A 流向金屬 B。在這種情況下，金屬 A 的熱電磁場相對於金屬 B 被認為是正的。

所有已知的金屬都有自己的熱電動勢係數值，它們可以連續排列在一列中，這樣每種金屬都顯示出與以下金屬相關的正熱電動勢。

例如，這裡列出了當指定金屬與接觸溫差為 100 度的鉑結合在一起時產生的熱電動勢（以毫伏表示）：

借助給定的數據，可以確定如果連接銅和鋁並且觸點的溫差保持在 100 度，將會產生什麼樣的熱電動勢。從較大的熱電動勢值中減去較小的熱電動勢值就足夠了。因此，溫差為 100 度的銅鋁對將產生等於 0.74 - 0.38 = 0.36 (mV) 的熱電動勢。

基於純金屬的熱電發電機效率不高（其效率約為 1%），因此未得到廣泛應用。然而，值得注意的是，半導體熱電轉換器的效率高達 7%。

它們基於高度摻雜的半導體，基於 V 族硫族化物的固溶體。為了將“熱”面保持在恆定溫度，陽光或預熱烤箱的熱量是合適的。

這些設備可用作遠程站點的替代能源：燈塔、氣象站、航天器、導航浮標、有源中繼器、油氣管道防腐保護站。

熱電發電機的主要優點是沒有活動部件、運行安靜、體積相對較小且易於調整。它們的主要缺點——6% 左右的極低效率抵消了這些優勢。