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    溫度是指一定環境下物體內分子或原子熱運動的“速度”。比如氣溫就是指氣體分子的運動速度。不過他們的運動是“熱”運動,沒有固定的方向,或者說物體內由於分子相互碰撞,能量相互傳遞,方向時時因碰撞而改變。故物體內分子運動很快達到同一運動速度“狀態”。

    再說溫度傳遞。兩片具有溫差的物體接近時,有兩種方式可以形成“熱”傳遞。或者說形成分子運動速度傳遞。第一是分子碰撞,溫度低的速度慢,能量低。溫度高的速度快。兩者結合再一起,最終形成“中和”。第二種是“熱輻射”,說到底就是“電磁輻射”。只是這種電磁輻射的波長要比可見光長一些,但溫度高時發出的輻射就是“可見光”了。所以說在空間內“電磁輻射”是能量傳遞的最基本形式。物體只要在絕對零度以上就能向外界發射“電磁輻射”線。只是不同物體在不同溫度下,電磁輻射的強度不同。

    溫差就是指兩種物體在接觸時電磁輻射強度有差別。即物體間存在電磁場強度差別,即存在“電位差”或者說存在“電動勢”,導線可以理解為“等勢體”。這樣溫度不同的物體間接一導線,有“電流”產生就好理解了。“溫差發電”就不奇怪了。

    溫差發電將熱能直接轉化為電能,只有微小溫差存在的情況下也能應用,是適用範圍很廣的綠色環保型能源——它甚至能利用人的體熱,為各種行動式裝置供電,真正做到‘變廢為寶’。”華東理工大學機械工程學院塗善東教授、欒偉玲副教授認為,溫差電技術正重新成為全球研究的熱點,值得中國科學技術研究部門的重視。

    Seebeck效應

    “溫差發電透過熱電轉換材料得以實現,而檢定熱電轉換材料的標誌,在於它的三個基本效應:Peltier 效應、Seebeck效應和Thomson效應。”欒偉玲副教授說,正是這三個效應,奠定了熱力學中熱電理論的基礎,也為熱電轉換材料的實際應用展示了廣闊前景。其中,Seebeck效應是溫差發電的基礎。

    1821年,德華人Seebeck發現,在兩種不同金屬(銻與銅)構成的迴路中,如果兩個接頭處存在溫度差,其周圍就會出現磁場,又透過進一步實驗發現迴路中存在電動勢。這一效應的發現,為測溫熱電偶、溫差發電和溫差電感測器的製作奠定了基礎。

    欒偉玲介紹,熱電轉換材料直接將熱能轉化為電能,是一種全固態能量轉換方式,無需化學反應或流體介質,因而在發電過程中具有無噪音、無磨損、無介質洩漏、體積小、重量輕、移動方便、使用壽命長等優點,在軍用電池、遠端空間探測器、遠距離通訊與導航、微電子等特殊應用領域具有“無可替代”的地位。在21世紀全球環境和能源條件惡化、燃料電池又難以進入實際應用的情況下,溫差電技術更成為引人注目的研究方向。

    欒偉玲描述了溫差發電的工作原理說,將兩種不同型別的熱電轉換材料N和P的一端結合並將其置於高溫狀態,另一端開路並給以低溫時,由於高溫端的熱激發作用較強,空穴和電子濃度也比低溫端高,在這種載流子濃度梯度的驅動下,空穴和電子向低溫端擴散,從而在低溫開路端形成電勢差;如果將許多對P型和N型熱電轉換材料連線起來組成模組,就可得到足夠高的電壓,形成一個溫差發電機。

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