温差发电片
温差发电片
若两面温差能达到摄氏60度，则发电电压可达到3.5V，电流可达到3-5A
温差发电实验一
【实验目的】
演示西伯克（Seebeck）效应和帕尔帖（Peltier）效应。
【实验器材】
热电转换仪，两个玻璃烧杯，温度计（两个），直流稳压电源。如图77-1所示
【实验原理】
1. 西伯克(seebeck)效应
有两种不同导体组成的开路中，如果导体的两个结点存在温度差，这开路中将产生电动势E，这就是西伯克效应。由于西伯克效应而产生的电动势称作温差电动势。
材料的西伯克效应的大小，用温差电动势率a表示。材料相对于某参考材料的温差电动势率为
由两种不同材料P、N所组成的电偶，它们的温差电动势率等于与之差，即
热电制冷中用P型半导体和N型半导体组成电偶。两材料对应的和，一个为负，一个为正。取其绝对值相加，并将直接简化记作a，有
(77-3)
2. 帕尔帖(peltire)效应
电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量。这就是帕尔帖效应。由帕尔帖效应产生的热流量称作帕尔帖热，用符号表示。
对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。材料的帕尔贴效应强弱用它相对于某参考材料的帕尔贴系数表示
(77-4)
式中----- 流经导体的电流，单位A。
类似的，对于P型半导体和N型半导体组成的电偶，其帕尔贴系数（或简单记作）有
(77-5)
帕尔贴效应与西伯克效应都是温差电效应，二者有密切联系。事实上，它们互为反效应，一个是说电偶中有温差存在时会产生电动势；一个是说电偶中有电流通过时会产生温差。温差电动势率a与帕尔贴系数之间存在下述关系
(77-6)
式中-- 结点处的温度，单位。
3. 汤姆逊效应
电流通过具有温度梯度的均匀导体时，导体将吸收或放出热量。这就是汤姆逊效应。由汤姆逊效应产生的热流量，称汤姆逊热，用符号表示
(77-7)
式中- 汤姆逊系数，单位；- 温度差，单位；- 电流，单位A。
在热电制冷分析中，通常忽略汤姆逊效应的影响。另外，需指出：以上热电效应在电流反向时是可逆的。由于固体系统存在有限温差和热流，所以热电制冷是不可逆热力学过程。4．热力学第一定律：外界向系统传递的热量中的一部分用于系统对外作的功，一部分用于使系统的内能增加。
热力学第二定律：在孤立系统中发生的自发过程总是从包含微观态数目少的宏观态向包含微观态多的宏观态转变，或者说，从热力学概率小的宏观态向热力学概率大的宏观态过渡。【实验操作与现象】
1. 西伯克(seebeck)效应
（2）将转换仪的一边金属支架放到热水中，将另一条金属支架放到冷水中，温度计分别放入其中。
（3）过一段时间，热水中的能量就被转换成功，可以看到风扇转动起来。
（4）将热水和冷水倒入到一个更大的容器中，并将两支架都放入其中，这时风扇就不再转动了。
（5）更进一步，将一支架放到混合液中，而另一支架放入到冷水中，观察现象。
2．帕尔帖(peltire)效应
（1）将稳压直流电源连接到热电转换仪上。
（2）将转换仪开关掷到“down”的位置，打开电源开关。
（3）等上一段时间，就可以感觉到两边金属支架的温度有差别了（注意：在这个实验中，没有必要将转换仪支架放入水中）。
（4）为了能观察得更细致，可以让转换仪从室温开始工作，经过一段时间后，用温度计分别测量两边支架的温度，以便具体地观察出温度的差异。
3．在演示完帕尔帖(peltire)效应后，关闭电源。将转换仪开关掷到“up”的位置，等一段时间，转换仪两边支架温度不同，其之间的温差将产生电流，电风扇旋转起来。
【注意事项】
1．不要让电源供电的时间超过两分钟，电源电压不要超过8V。。
2．工作的电流不能过大，建议电压用5V，电流用3A。
3．实验中要小心，不要碰翻热水杯，以免烫伤。
温差发电实验二
测定温差电动势实验方法
【目的和要求】
测定温差电动势，确定两种不同材料的温差电动势与温差的关系式。
【仪器和器材】
两种不同材料的金属丝各1根（长0．3－0．4米，粗细不限，但以相近为好），晶体管电压表（J0412型，1毫伏－300伏），烧杯2个（250毫升），酒精灯，温度计2支（0－100℃），冰（200克左右），方座支架（J1102型）。
【实验方法】
1．取两种不同金属的导线，例如康铜和铜。把铜线剪为两段，每段的一端分别与康铜线两端钮接在一起，另一端分别接在电压表的接线柱上，如图4．32－1所示。其中金属甲为康铜线，金属乙为铜线。
2．把碎冰放入低温端烧杯中加少许冷水，高温端的杯中加冷水，即可发现电压表指针偏转。读出高温端温度和电压表示数，记入表1中。
3．用酒精灯对高温端烧杯加热，密切注意温度变化。高温端温度每改变10℃左右读一次电压表示数，并将数据记入表1。
读数次数
读数次数
4．取任意三组E、t值代入（1）式，确定A、B、C的值，写出E～t函数式，并取某些实测温差值进行计算，比较计算结果与该温差下的实验结果，验证E～t关系式的正确性。
温差电现象
在奥斯特、安培寻找电与磁的联系的同时，出生在雷维尔的科学家塞贝克曾致力寻找热与电的联系。
塞贝克17岁离开自己的祖国，先在柏林学医，1818年被选为柏林科学院院士。丹麦物理迷家奥斯特的实验诱使他进行了一系列的电学研究，1821年，他建成了由部分铜和部分铋组成的闭合电路。把一个金属接头握在手里，由于他手中的体热使两个接头有温差存在，结果电流计指针发生了偏转，这证明有电流发生。他又将其中的一个接头冷却，发现了类似的效应。这个效应随不同的金属而改变。而且温差愈大，效应也愈大。
由于温差电的发现，物理学上便出现了以塞贝克的名字命名的塞贝克效应。其具体的实验过程是这样的：将两种不同金属Ａ和Ｂ连接放的闭合电路。若将它们的两个接点分别置于温度为Ｔ０（在这里０为下标）和Ｔ（假设Ｔ０/span>
ε＝a(T-T0)+1/2b(T-T0) 2+1/3c(T-T0) 3
在温差范围不大时，可以用下式表示：
ε＝a(T-T0)+1/2b(T-T0) 2
式中a,b,c是与用作温差电偶的金属的性质有关的常数，塞贝克的这个热电源与当时的伏打电池不同。热电源的电动热稳定，正因为如此，这种电源不久被欧姆运用，导出了著名的欧姆定律。
在塞贝克效应发现后的13年，即1834年，一个巴黎的钟表匠珀耳贴把他的后半生献身于科学探索，他从另一个方式证明，电流不仅可以生热，而且它还会致冷。当电流从铋流到铜时，他发现在铜铋结上温度上升了10°C；而电流以相反的方向通过时，铜铋结温度则下降了5°C。在铜铋结上人们发现了更大的温差。
后来的楞茨电磁感应定律正是在此 ∩闲纬傻摹?BR>温差发电组件技术参数
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半导体的热电效应及热电材料研究与应用
半导体的热电效应及热电材料研究与应用 摘要：据半导体热电效应以及制冷原理进行了分析，并分析了提高半导体热电材料热电优值的方法介绍了当今国内外半导体热电材料研究和热电材料制冷方面的应用。 关键词：热电效应；半导体热电材料；塞贝克系数；电导率；热导率；热电优值，半导体制冷； 正文: 一．热电效应 把热能转换为电能的所谓热电效应的发现已有一个半世纪的历史，这是与温度梯度的存在有关的现象，其中最重要的是温差电现象。但是，由于金属的温差电动势很小，只是在用作测量温度的温差电偶方面得到了应用。半导体出现后，发现它能得到比金属大得多的温差电动势，在热能与电能的转换上，可以有较高的效率，因此，在温差发电、温差致冷方面获得了发展。由于温度梯度及电流同时存在时引起的一些现象——主要是塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应。 （1）塞贝克效应 塞贝克（Seeback）效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。半导体的温差电动势较大，可用作温差发电器。 产生Seebeck效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果。例如p型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散；在开路情况下，就在p型半导体的两端形成空间电荷（热端有负电荷，冷端有正电荷），同时在半导体内部出现电场；当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势——温差电动势。自然，p型半导体的温差电动势的方向是从低温端指向高温端（Seebeck系数为负），相反，n型半导体的温差电动势的方向是高温端指向低温端（Seebeck系数为正），因此利用温差电动势的方向即可判断半导体的导电类型。可见，在有温度差的半导体中，即存在电场，因此这时半导体的能带是倾斜的，并且其中的Fermi
温差发电实验报告
篇一：关于温差发电演示实验的感想 关于温差发电演示实验的感想关于上周的大物实验课，课上指导老师给我们做了很多有趣的演示实验，其中不乏既实用又新颖的一些物理相关设备的演示。各式各样引人注目的物理实验中令人印象最深的是对温差发电的演示。简单的实验设备很好的诠释了温差发电的原理，风扇的转动和灯泡的亮光散发着电的光芒。 从实验室归来后，我主动翻阅有关温差发电的资料，试着想更深层次的了解一下温差发电技术的内容。从查询的资料看来，温差热发电技术是一种利用高、低温热源之间的温差，采用低沸点工作流体作为循环工质，在朗肯循环基础上，用高温热源加热并蒸发循环工质产生的蒸汽推动透平发电的技术，其主要组件包括蒸发器、冷凝器、涡轮机以及工作流体泵．通过高温热源加热蒸发器内的工作流体并使其蒸发，蒸发后的工作流体在涡轮机内绝热膨胀，推动涡轮机的叶片而达到发电的目的，发电后的工作流体被导入冷凝器，并将其热量传给低温热源，因而冷却并再恢复成液体，然后经循环泵送入蒸发器，形成一个循环。巧妙的原理有效的利用了能源，清洁环保的发电思路很是新颖，却又是最符合自然规律的一种体现。关于温差发电，在实际生活中却不仅仅是一种空想。我翻阅着历史上各种关于温差发电的事迹，发现早在1881年9月，巴黎生物物理学家德?阿松瓦尔就提出利用海洋温差发电的设想。1926年11 月，法国科学院建立了一个实验温差发电站，证实了阿松瓦尔的设想。1930 年，阿松瓦尔的学生克洛德在古巴附近的海中建造了一座海水温差发电站。1961 年法国在西非海 岸建成两座3500千瓦的海水温差发电站。美国和瑞典于1979年在夏威夷群岛上共同建成装机容量为1000千瓦的海水温差发电站，美国还计划在21 世纪初建成一座100 万千瓦的海水温差发电装置，以及利用墨西哥湾暖流的热能在东部沿海建立500 座海洋热能发电站，发电 能力达 2 亿千瓦。很多对温差发电的尝试的成功例子，是对物理来源于生活又贡献于生活的最好诠释。另一方面，温差发电在生活中主要应用于海水温差发电，从查阅的资料里我发现关于海水温差发电不仅效率高，来源广，还环保，对资源进行了有效的利用。首先，从海水温差发电的来源看，辽阔的海洋是一个巨大的“储热库”，它能大量地吸收辐射的太阳能，所得到的能量达60 万亿千瓦左右。海洋中上下层水温度的差异，蕴藏着一定的能量，叫做海水温差能，或称海洋热能。利用海水温差发电，这样是对海洋资源的一个极好利用。不仅是对海洋资源的利用，用海水温差发电，还可以得到副产品——淡水，所以说它还具有海水淡化功能。一座10 万千瓦的海水温差发电站，每天可产生378 立方米的淡水，可以用来解决工业用水和饮用水的需要。第三点是，由于电站抽取的深层冷海水中含有丰富的营养盐类，因而发电站周围就会成为浮游生物和鱼类群集的场所，可以增加近海捕鱼量。 由此，在我看来，温差发电在实际中的应用是广泛而且具有很多各方面值得利用的价值的。不仅是对大自然宝贵资源的利用，更是创造了珍贵的新能源，据计算，从南纬20 度到北纬20度的区间海洋洋面，只要把其中一半用来发电，海水水温仅平均下降1C,就能获得600 亿千瓦的电能，相当于目前全世界所产生的全部电能。专家们估计，单在美国的东部海岸由墨西哥湾流出的暖流中，就可获得美国在1980年需用电量的75倍。因此，这样看来，温差发电给我们带来的收益是巨大的。对温差发电在实际生活中的应用，只是我从一个简单的演示实验引发的感想。我所想到的，从温差发电的原理出发，到温差发电的具体概念，及其在生活中的具体应用，及经济价值。其实，我认为除了单纯的利用温差发电做发电厂等等，也可以与其他领域覆盖。比如，在热电厂中，可以利用废热所产生的温差进行发电；或者在有地热的寒冷地区，利用地热以及外界寒冷的环境进行温差发电；另外，有小型连续加热单位，如化工厂、炼钢厂等，可以利用余热进行温差发电。温差发电在生活中可以处处利用，只要应用得当，我认为将会为人类的生存减少很多能源的浪费。这也是说，其实温差发电除了应用于大型的发电站，也可以制作成效的模型，广泛应用于生活中，利用一切不必要浪费的能源。温差发电具有简单的原理，不繁杂的设备，不需要苛刻的外界条件，相信只要在技术上合理规划，是有广阔的前景的。 这只是从物理实验引发的联想及感想，希望在以后的物理学习生活中能够越来越熟悉物理，体会物理的乐趣！篇二：温差发电实验方案
半导体温差发电技术
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半导体温差发电技术 半导体温差发电技术，它的工作原理是在两块不同性质的半导体两端设置一个温差，于是在半导体两端就产生了直流电压。温差半导体发电有着无噪音、寿命长、性能稳定等特点。可在零下40摄氏度的寒冷环境中迅速启动，因此在实际中得到越来越广泛的应用。温差发电是一种新型的发电方式，利用西伯克效应将热能直接转换为电能。以半导体温差发电模块制造的半导体发电机,只要有温差存在即能发电。工作时无噪音、无污染，使用寿命超过十年，免维护，因而是一种应用广泛的便携电源。半导体温差发电机,目前主要用于油田、野外、军事等领域。该项目的另一市场化领域在于将发电装置用于太阳能、地热、工业废能等的利用，使热能直接转化为电能。另外，半导体发电模块体积小，重量轻，便于携带，可广泛用于小家电制造、仪器仪表、玩具及旅游业。 随着保护环境、节约能源的呼声越来越高、利用温差发电可能是发展大方向、从小型器件到大型电站,将越来越多地把实验室理论应用到实践中去。 目前国内市场上，最新开发的半导体温差发电组件,规格40×4 0×4毫米，其内在0.09欧姆以下，其内阻小、耐高温、长寿命。完全符合开发温差发电机的需要。若能使组件两面保持温差摄氏60
度，则可发出电压3.5V，电流3A--5A，温差减小电压电流也会随之减小。 使用时注意，温差发电组件的两面与金属散热片之间，最好涂上一层导热硅脂，以利于散热，减小热阻。另外注意，温差发电组件受热要均匀，不能直接用明火烤发电组件。要使发电组件平稳贴在高温物体表面，高温热面温度不能超过180度。其冷面必须加装金属散热片，并采取风冷、水冷、油冷或其它冷却措施，确保能够把热面传过来的热量即时带走，以保持发电组件两面的温差，提高发电效果。
温差发电模块
温差电池：每片110元，10片以上80元/片，100片以上60元/片。 德国科学家发明了一种利用人体温差产生电能的新型电池，可以给手机等微型电器提供长久的“动力”，因而免去了充电或更换电池的麻烦。 这种电池主要由一个可感应温度的硅芯片构成，当这种特殊的硅芯片正面“感受”到的温度较之背面温度具有一定温差时，其内部电子就会产生定向流动，从而产生微量但却是足够用的电流。组件两面上的温差在0--60度时，可产生电压0--3.8V，电流0--3A。 半导体温差发电模块的应用在此，我们介绍一种新型的半导体温差发电模块,对其性能进行研究,并在此基础上构建了一套小型发电系统,可利用煤灶、篝火等进行发电。并将发的电储在蓄电池中，从而用以照明等。 半导体温度发电模块，是一种利用温差直接将热能转化为电能的全固态能量转化发电装置,它无需化学反应且无机械移动部分,因而具有无噪音,无污染,无磨损,重量轻,使用寿命长等种种优点。被广泛地用于工业余热,废热的回收利用,航天辅助电力系统等。随着能源的短缺及人们不断提高的环境保护意识,特别是全球气候变暖问题,半导体温差发电技术以其各种优点越来越引起人们的关注。 半导体温差发电模块是根据塞贝克效应制成的,即把两种半导体的接合端置于高温,处于低温环境的另一端就可得到电动势E:E=As$T=As(T2-T1)。式中:As为塞贝克系数,其单位为V K或LV K.塞贝克系数AS是由材料本身的电子能带结构决定的。 我们采用的半导体温差发电模块外形尺寸为40mm×40mm×
4mm,共有127对PN结,具有一定的耐高温特性(热端稳定工作温度可达180℃,最高短时冲击温度220℃),热电转化效率为 11.7%。 我国是世界的产煤大国兼农业大国,在广大的农村地区,人们利用煤灶或煤炉烧煤煮饭,取暖等。在北方农村,煤炉通常是24小时持续燃烧。我们利用上述温差发电模块研制发电系统,以便利用煤灶,炉的热能产生电能给手机、蓄电池充电或直接带动节能灯,低功耗电视等其它负载。这一发电系统也适用于野外探险时的篝火,从而解决无市电环境下的用电问题。 基于温差发电模块组的盛水器装置，我们设计的装置是，用底部平整的盛水器,在其底部涂上导热硅脂与温差模块的冷端保持良好的热接触(开水的温度为100℃,所以冷端的温度可维持在120℃～130℃)。模块热端向下紧贴在铝片上(也使用导热硅脂)。盛水器与铝片用销钉锁紧以保持温差模块两面与热,冷源的紧密接触。铝片另外有两个支柱用来调节与煤炉或其它热源之间的距离,当热 源温度较高时可调大铝片与热源之间的空隙,从而使热端温度不高于200℃。 我们采用电炉作为热源,控制热端温度在180-200℃之间，开水沸腾后,测得模块的冷端温度在120～130℃之间,因而STM两端温差最低可维持50～60℃。 通过实验，我们可以看出,半导体温差发电模块作为电源,其
大工秋《新能源发电》作业温差发电的利用
网络教育学院 《新能源发电》课程设计 题目：温差发电的利用 学习中心：奥鹏学习中心 层次：本科 专业：电气工程及其自动化 年级： 学号： 学生： 辅导教师：康永红 完成日期： 2016年 05月26日 温差发电的利用 海洋是全世界最大的太阳能收集器，6000万平方千米的热带海洋一天吸收的太阳辐射能，相当于2500亿桶石油的热能。如果将这些热量的1%转化成电力，也将相当于有140亿千瓦装机容量，是美国当今发电能力的20倍以上。海水温差发电，是以一种混合化学液体作为介质，输出功率是以前的1.l-1.2倍。一座3000千瓦级的电站，每千瓦小时的发电成本只有0.6元以下，比柴油发电价格还低。人们预计，利用海水温差发电;如果能在一个世纪内实现，可成为新能源开发的出发点。海水
温差发电，1930年在法国首次试验成功，但当时发出的电能还不如耗去的电力多，因此，没有付诸实施。现在，许多国家都在进行海水温差发电研究。 1. 海洋温差发电技术发展现状 1.1国外研究现状 利用海洋温差产生电力的理论研究和技术研究已有120多年的历史，特别是在上世纪70年代的全球能源危机时期尤其得到重视，近年来研究更是取得了实质性进展。在热带海洋地区大约有6000万平方公里适宜发展海洋温差发电，利用海洋温差发电将能产生目前世界能源需求几倍的发电量。目前，美、印、日等国都建有海洋温差发电站。 利迄今为止,海洋温差发电技术的研究在热动力循环的方式、高效紧凑型热交换器、工质选择以及海洋工程技术等方面均已取得长足的发展,很多技术已渐趋成熟。 1)系统方面以闭式循环最为成熟,已经基本上达到商业化水准。开式循环的主要困难是低压汽轮机的效率太低。工质是闭式循环必须考虑的关键因素。仅从性能角度出发,氨和R22是较为理想的工质,但从环保角度考虑,寻求新工质的努力仍在进行。 2)热交换器是海洋温差发电系统的关键设备,它对装置的效率、结构和经济性有直接的重要影响。热交换器性能的关键是它的型式和材料。钛的传热及防腐性能良好,但是价格过于昂贵。美国阿贡国家实验室的研究人员发现,在腐蚀性暖海水环境下,改进后的钎焊铝换热器寿命可以达到30年以上。板式热交换器体积小,传热效果好、造价低,适合在闭式循环中采用。 3)最新的洛伦兹循环有机液体透平能20～22℃温差下工作,适用于闭式循环装置中。洛伦兹循环的T-S图如图1.1所示。它的热效率和输出功率均小于在温海水进口温度和冷海水进口温度下的卡诺循环(图1.1上T1和T4之差),而等于温海水进出口平均温度和冷海水进出口平均温度下的卡诺循环(图上T2和T3之差)。洛伦兹
热电转换
热电转换效应的研究 张镱 哈尔滨工业大学能源学院核反应堆工程，哈尔滨150001，zuguoyukexue@https://www.wendangku.net/doc/9110142012.html, 摘要：热能是自然界最广泛的能量之一，电能是人类社会应用最普遍的能源。如何将热能转 换为电能并且提高热电转换的效率将是一件意义重大的课题。本文首先介绍热电转换的原 理，以塞贝克效应为基本原理，探索热电效应转换的效率。然后介绍现阶段热电转换研究进 展，展示当前热电转换的最新研究成果。其次，揭示热电转换效应在现代工业中的应用，比 如温差发电等新型能源的利用。最后，得出自己的研究心得与感悟，对热电转换效应有更深 入的认识。 关键词：塞贝克效应；温差发电；半导体；载流子 The research of thermoelectric conversion Zhang Yi Harbin Institute of Technology Nuclear Reactors of Energy Institute, Harbin 150001, china, zuguoyukexue@https://www.wendangku.net/doc/9110142012.html, Abstract: Thermal energy is one of the most extensive energy in the nature, electricity is the most common energy in the human social . How to convert heat to electricity and improve the efficiency of thermoelectric conversion will be a significant issue. This paper introduces the principle of thermoelectric conversion, to the basic principle of the Seebeck effect, to explore the efficiency of thermoelectric conversion. Then introduces the research progress of thermoelectric conversion at this stage, display the current thermoelectric conversion of latest research results. Second, revealing Thermoelectric effect in the application of modern industry, such as thermal power generation and other new energy. Finally, draw their own research experiences and has a better understanding on the thermoelectric conversion effect. Key words: Seebeck effect; Thermal energy; Semiconductor; Carrier “1821年，德国科学家塞贝克做了一个实验：当把一个由两种不同导体构成的闭
温差发电技术及其一些应用
温差发电技术及其一些应用 来源：能源技术2009-5-12 1 温差发电的原理 温差发电是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应（Seebeck Effect），将热能转换成电能的一种技术。由两种不同类型的半导体构成的回路如图1，当装置的一端处于高温状态另一端置于低温状态下，就会在回路中形成电动势： ε = αs（T1-T2）（1） 式中：T1为低温度端温度，K；T2为高温端温度，K；αs为所用热电转换材料的塞贝克系数，V/K。 图1 温差发电原理图 （点击图片放大） 在应用时多个PN结串联起来，构成一个热电转换模块（见图2），目前已有产品面市。例如图3为Hi-z公司生产的热电转换模块系列，该模块系列能在-20℃到300℃的温度范围内有效地进行热电转换，输出功率为2.5~19W，负载电压为1.65~3.30V。
图2 热电模块结构示意图 （点击图片放大） 图3 Hi-z生产的热电转换模块系列 （点击图片放大） 2 热电材料的研究进展 热电转换模块转换的效率很大程度上决定于其组成材料的性能，温差发电的电动势不但取决于材料的塞贝克系数α ，而且和高低温端间的温差△T和有关， s 从而与材料的导热有关，另外输出电流还与材料的导电率有关，所以常用热电转换材料的优值Z评价材料的热电性能：
Z=（α s ）2σ/λ（2） 式中：α s 为塞贝克系数，σ为电导率，λ为热导率。 Z的量纲为K-1，研究分析中优值又常采用优值Z和工作温度T的无量纲ZT 表征。提高材料的优值是研究开发高效热电转换材料的主要方向，通常有以下几种途径：①选择最佳载流子度；②提高载流子迁移率与晶格热导率的比；③改变晶体取向；④改变颗粒尺度使颗粒间既能导电同时声子散射又比较显著，促使颗粒定向分布；⑤选择最佳的工作温度及材料的禁带宽度。已有的研究资料表明，在室温下热电转换材料的优值只要能大于3，热电效率就可以达到令人较满意的水平并可以推广应用。目前热电材料的研究主要集中在以下几个方面。 （1）改进材料微观结构，例如结构纳米化。通过纳米技术在热电材料中掺入纳米尺寸的杂质相制备纳米复合结构热电材料（杂质相可为绝缘体、半导体或是金属，也可以为纳米尺寸的空洞），通过调整或者控制掺入杂质的成份、结构和大小得到纳米级的新相，达到提高热电材料ZT值的目的。 （2）开发梯度结构材料。功能梯度材料主要有两种：一种是载流子浓度梯度热电材料，即沿着材料的长度方向载流子浓度被优化，让材料的每一部分在各自的工作区达到最大的优值；另一种是分段复合梯度热电材料，由不同材料连接构成，每段材料工作在最佳温度区，可在大温差范围内工作从而达到较高的热电转换效率。 日本研究人员发现采用5种不同载流子浓度值的PbTe在300~1000K的温度范围内梯度化，其平均热电优值比单一材料增加1.5倍左右。Muller等利用4层不同掺杂浓度的FeSi2制备出热传感器并对其进行了测试，发现该元件在 -50~500℃的范围内Seebeck系数保持在270μV/K，波动小于±2%。Kang等研究 了SiGe/PbTe/Bi 2Te 3 三段层状热电元件，工作温度从室温到1073K，最大效率可 达17%；对二元（PbTe） 1-2 (SnTe)合金进行Ag元素掺杂并实现三段结构梯度化， 结果表明三段梯度热电材料PbTe/(PbTe) 0.8（SnTe） 0.2 /(PbTe) 0.6 （SnTe） 0.4 的最 大输出功率达175W/m2，性能比单段材料至少提高16%。
温差电池的现状及发展
温差电池的现状及发展
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东北石油大学 电气工程新技术文献综述 2011 年 11月 6日 课程电气工程新技术 研究方向非接触式电能传输技术 院系电气信息工程学院自动化系 专业班级电气08-1班 学生姓名冯小童 学生学号 080603140102 温差电池的现状及发展 摘要:温差电池是利用热电转换材料将热能转化为电能的全静态直接发电方式，具有设备结构紧凑、性能可靠、运行时无噪声、无磨损、移动灵活等优点，有微小温差存在的情况下即可产生电势。在军事、航天、医学、为电子领域具有重要的作用。在现代化经济迅速发展的时期，能源紧缺现象日趋严重，能源与环境问题的日益突出和燃料电池的实用困难，使得温差电池作为适应范围广和符合环保的绿色能源技术吸引了越来越多的关注。本文介绍了温差电池技术的机理，综述了最新研究进展和提高发电效率的途径。 关键词：温差电热能转换温差电池绿色能源 0 引言 温差电技术研究始于20 世纪40 年代，于20 世纪60 年代达到顶峰，并成功的在航天器上实现了长时
发电。近几年来，温差电池不仅在军事和高科技方面，而且在民用方面也表现出了良好的应用前景。日本丰桥科技大学稻垣教授等人首次研制成功世界上第一只温差电池，当前日本在废热利用，特别是陶瓷热能转换材料的研究方面居于世界领先地位；美国倾向于军事、航天和高科技领域的应用；欧盟着重于小功率电源、传感器和运用纳米技术进行产品开发；我国在温差电方面虽有一定实力，但仍处于起步阶段。 1 温差电池简介 温差电池，就是利用温度差异，使热能直接转化为电能的装置。温差电池的材料一般有金属和半导体两种。用金属制成的电池塞贝克效应较小，常用于测量温度、辐射强度等；用半导体制成的温差电池塞贝克塞贝克效应较强，热能转化为电能的效率也较高，因此，可将多个这样的电池组成温差电堆，作为小功率电源。 1.1 塞贝克效应 塞贝克效应，又称为第一热电效应它是指由于温差而产生的热电现象。在两种金属A 和B 组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电视差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。半导体的温差电动势较大，可用作温差发电器。 1.2 帕尔帖效应 1834 年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，发现一个接头变热，一个接头变冷。这
物理演示实验
大连海事大学 《物理演示实验》课程教学大纲 Syllabus for INTRODUCTION OF PHYSICAL DEMONSTRATION EXPERIMENT 课程编号新 000000000 原13012200 学时/学分18/1 开课单位物理系考核方式考查 适用专业全校各专业执笔者牟恕德 编写日期 2008年3月 一、本课程的性质与任务 物理学是一门实验科学。所有物理定律的形成和发展都是建立在对客观自然现象的观察和研究的基础上，物理演示实验可以使学生加深对物理教学内容的理解，巩固记忆，激发兴趣，诱导思考，纠正错误观念，能使学生真实感地看到支配物理现象的规律如何起作用，通过对实验现象的观察分析，学习物理实验知识，从理论和实践的结合上加深对物理学原理的理解。 1、培养和提高学生基本的科学实验能力，其中包括： 自学能力：通过自行阅读实验教材和其它资料，能正确概括出实验内容、方法和要求，做好实验前的准备； 动手能力：借助教材《物理演示实验》和仪器说明书，正确调整和使用仪器；安排实验操作顺序，把握主要实验技能，排除实验故障；掌握常规物理实验仪器的使用，掌握科学实验的数据处理方法和科学实验报告的形成，为进一步学习和从事科学实验研究打下坚实的基础。 分析能力：运用所学物理知识，对实验现象和结果进行观察分析判断，得出结论； 表达能力：正确记录和处理实验数据，绘制曲线，正确表达实验结果，撰写合格的实验报告； 2、培养和提高学生科学实验素养：要求学生养成理论联系实际和实事求是的科学作风，严肃认真的工作态度，主动研究的探索精神和创新意识，遵守纪律、遵守操作规程、爱护公共材物、团结协作的优良品德。 物理演示实验是面向全校各年级学生的开放式实验选修课，共18学时；学生可自主安排在计划课表内任何时段来上课。 二、课程简介 《物理演示实验》将日常生活或生产实践中不易观察到的或习以为常而未引起注意的物理现象突出地显示出来，把实际较为复杂的现象，在课堂演示的条件下分解出有意义的部分，从兴趣和提高关注度出发，培养学生的探索精神，引导学生观察、思考、建立物理思想，培养学生根据物理原理分析解决实际问题的能力。演示实验片广开学生眼界，介绍现代科学技术前沿的新技术、新发明、新材料、新探索、新成果，分享现代科学技术飞跃发展的喜悦。 INTRODUCTION OF PHYSICAL DEMONSTRATION EXPERIMENT displays the physical phenomenon which is unobservable in daily life and production practice, or is accustomed and thus not given attention. It draws out the significative parts from real complex phenomenon through the demonstration in class. In view of the students' interest,physical demonstration experiement may cultivate students' exploring spirit and inducts them to observe and think so that they can found physical idea and possess the abilities to analyse and solve questions according the physical theories. Physical demonstration experiment introduces new technique, new invention, new exploration and new production in modern technology and so widen students' eyereach and make students enjoy the flying development of modern technology
温差发电技术与参数
温差发电是一种合理利用余热、太阳能、地热等低品位能源转换成为电能的有效方式。温差发电具有结构简单，坚固耐用，无运动部件，无噪音等特点。目前在国外已广泛研究。使用普通化石燃料作热源以形成温差发电器的实用系统首推美国专为野外使用而发展的军用电源。它们以各类军队常用的燃油燃烧产生的热量为热源转换为供给战场、尤其是前沿阵地各种电器设备的电能。由于在这些环境中低噪声、能快速启动、能长期连续工作、易携带、维护方便、后勤保障便利等是使用方首要的考虑，在这些方面，温差电转换发电器大大优于常用的内燃式驱动发电机和化学蓄电池。1988年美国生产了一种外型尺寸为 41.2cmX42.2cmX27.3cm的燃烧式温差发电器,该设备的发电元件由120对热电偶组成,可使用多种军用燃油,一次装载后连续工作12小时,产生13.1V直流电压,向负载提供120W的电功率。 2温差电技术的应用 随着环保意识的加强以及对传统能源未来匮缺的担心，充分利用余热发电的技术手段日益受到关注。2003年黎巴嫩大学的学者将温差电发电器的热端与该国的一种做饭用的火炉外壁连接，冷端置于空气中，利用炉壁的高温与环境的温差来发电。其实验中所使用的温差电元件即产自中国，因为中国的元件性价比最高，该设备实验中单片元件可产生4W的电功率。中国目前已成为世界上最大的温差电元件生产出口国，这为我国未来温差电的广泛应用打下了坚实的基础。 2.2太阳能和地热能热源 太阳能和地热能是新能源体系的主要组成部分，它们无污染，而且可以认为是无匮缺的长期资源。太阳能利用最为方便的形式是集热，通过集热后产生的温差即可用于发电。 2004年泰国学者通过利用置于屋顶的铜板吸收太阳能集热升温与环境之间的温差发电带动轴流风机引导屋顶空气自然对流从而达到给屋顶降温的效果。 2.3放射性同位素热源 对于需要长时间不间断供电而且无须人工维护的应用，温差电转换发电是一种较为理想的选择。所剩下的主要问题就是要寻找一个同样是体积小、寿命长的相应热源。由同位素放射产生热量的方式因其能量密度高、工作寿命长、可靠性高等优点被视为理想热源。 医学应用：放射性同位素热源的温差发电器用于向人体植入的器官或辅助器具供电，使之能长期正常工作，如人造心脏或心脏起博器。这类产品可耐受1600K以上的高温，其辐射水平比夜光表还低，依据放射源的半衰期其使用期限可达87年。 海洋和地面应用：随着人类在边远地区、海洋的活动不断增加，对能长期工作而不用太多维修的能源系统的需求日增。美国海军是海洋用放射性同位素温差发电器的最大用户。他们使用的典型发电器为Gulf Millibats，设计的工作深度达10KM，温差电偶材料为碲化铋，热源为同位素锶-90，可以提供电压为1.5到1.8V，功率不小于1W，寿命长达10年，通过直流-直流转化器获得24V的输出电压。1961年12月在Chesapeake Curtis海湾为核动力系统设置的第一台SNAP系统，在阿拉斯加的Umeat无人气象站。该站电能由一个至少6年无需维护的温差发电器提供。 空间应用：卫星用原子核辅助能源系统（SNAP）的发展始于1955年。1961年6月，美国海军装有SNAP3A这种能源系统
太阳能热利用原理与技术导师-上海交通大学机械与动力工程学院
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《太阳能热利用原理与技术》课程教学大纲 课程名称：太阳能利用原理与技术 课程代码：新能源工程（New Energy Engineering）400 学分/学时：3学分/51学时 开课学期：秋季学期 适用专业：新能源、热能与动力工程、核工程、建筑环境与设备及相关专业先修课程：工程热力学，传热学，流体力学，能源材料 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表） 课程性质：太阳能热利用原理与技术是机械工程、热能动力工程、新能源转换利用专业的一门重要专业课，是能源动力及新能源利用类专业骨干课程。 教学目标：太阳能热利用原理与技术是研究太阳能高效利用以及太阳能转换规律的一门学科。本课程不仅为学生掌握太阳能利用原理和技术提供必要的基础理论知识，还提供实验室支撑锻炼学生将所学知识应用于实际的动手能力，通过实验报告的撰写培养学生分析解决问题以及总结表达的能力，同时为从事太阳能利用专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。（A1, A2, A5, B1, B2, C4）本课程由太阳辐射基础、太阳能集热器、太阳能热发电、系统技术及应用四部分组成。通过本课程教学，可使学生在太阳能转换和利用，特别是太阳能与热能及电能转换和合理利用方面树立正确的概念，同时使学生掌握太阳能转换应用的基础理论和技术，进一步强化自觉应用太阳能建设低碳社会的意识。具体来说：（1）掌握太阳辐射基础知识，了解太阳辐射测量和资源情况； （2）掌握各类太阳能集热器原理，学习太阳能－热能转换的基本规律； （3）初步掌握太阳能热发电技术路线和工作原理，掌握太阳光伏电站原理和工作特性； （4）初步掌握太阳能供热空调、太阳能海水淡化、太阳能建筑、太阳能养殖、干燥、光化学转换应用等； （5）能够运用太阳能－热能及电能转换基本理论，进行太阳能利用系统和装 3
温差发电机原理
温差发电机原理 分类：杂九杂十| 标签：温差发电机? 塞贝克效应? 帕尔贴效应? 2013-05-21 09:35 阅读(2858)评论(0)塞贝克效应和帕尔帖效应 塞贝克效应（Seebeck effect）：不同的金属导体（或半导体）具有不同的自由电子密度（或载流子密度），当两种不同的金属导体相互接触时，在接触面上的电子就会由高浓度向低浓度扩散。而电子的扩散速率与接触区的温度成正比，所以只要维持两金属间的温差，就能使电子持续扩散，在两块金属的另两个端点形成稳定的电压。由此产生的电压通常每开尔文温差只有几微伏。这种塞贝克效应通常应用于热电偶，用来直接测量温差。 一个温差发电电路由两种赛贝克系数不同的材料接触构成(比如P型半导体和N型半导体)。如果没有负载，电路中不会有电流但是两端会有电动势，这时候它以检测温度的热电偶方式工作。（图片来源：） 帕尔贴效应是塞贝克效应的逆效应，当有电流通过不同的导体组成的回路时,除产生不可逆的焦耳热外,在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。这是珀耳帖在1834年发现的。简而言之，当在两种金属（或半导体）回路上施加电压通入电流后，不同金属的接触点会有一个温差。
利用塞贝克效应的热电制冷器电路图。（图片来源：） 帕尔贴效应常用于cpu散热器和袖珍冰箱里的半导体制冷片上。通常使用时我们给制冷片施加电流，一面就会变热而另一面变冷。但是这个效应也可以反过来：只要制冷片两端有温差就会产生电压。 温差发电依靠塞贝克效应，由于半导体温差电材料的效果比金属的高得多，所以有实用价值的温差电材料都是用半导体材料制成的。帕尔贴器件是利用半导体的帕尔贴效应制冷的器件，实用的半导体制冷器由很多对热电元件经并联、串联组合而成，也称热电堆。单级热电堆可得到大约60℃的温差。热电堆也可根据塞贝克效应工作把热能（即内能）转化为电能进行温差发电。当温差电堆两端处于不同温度时，就会产生电动势，可以输出功率。
海洋温差能
能源材料 海洋温差能 学院：材料科学与工程学院姓名： 班级： 学号： 老师：
畅想新能源 ———海洋温差能摘要：海洋温差能又称海洋热能。利用海洋中受太阳能加热的暖和的表层水与较冷的深层水之间的温差进行发电而获得的能量。目前对海水温差能利用的主要方式是海水温差能发电，即利用海洋表层的高温海水与深层低温海水的温差来实现热力循环发电的一种发电方式。 关键词：新能源、海洋温差能、温差发电、原理、应用、应用展望 Think about the new energy——Oceanthermalenergy Abstract:Oceanthermalenergy can be also known as ocean thermal energy. Using the ocean is warm surface water by solar heating and temperature difference between cooler deep water energy to generate electricity. Current is the main way of water temperature difference can use seawater temperature difference can power generation, it is using ocean surface of high temperature water and deep cryogenic temperature of sea water to achieve thermodynamic cycle power generation a way of generating electricity. Key words:new energy, Oceanthermalenergy, temperature difference power generation, principle, application and application prospects 正文：在现代社会中，能源短缺成为社会的一大问题，就目前而言，人类已经发现了现在正在广泛使用的化石燃料能源已经面临用完的危机，并且也意识到了化石燃料大量使用而造成的环境不可逆转的污染，随着能源问题的日渐严峻，寻找一种安全，干净，高效的新型能源已经成为了全世界共同努力的目标。 海洋是世界上最大的太阳能接收器,6000万平方公里的热带海洋平均每天吸收的太阳能,相当于2500亿桶石油所含的热量.吸收太阳热能的海洋表面温度较高, 大海里蕴藏着巨大的热能，而一定深度海水温度较低.海洋温差发电是利用海洋表面和海洋深处的温度差来发电的新技术。据估计只要把南北纬20度以
冷能温差发电技术及材料研究进展
冷能温差发电技术及材料研究进展 胡 放3 戚学贵 王学生 任 超 代晶晶 (华东理工大学机械与动力工程学院) 摘 要 温差发电技术是一种直接利用热电材料完成热能到电能转换的能源利用技术。介绍近年来关于温差发电的实验和理论研究的国内外现状以及各种热电材料的研究进展和制备状况。 关键词 温差发电 LNG冷能 热电材料 热导率 磁控溅射 0 前言 21世纪的能源短缺促使各国展开多种形式的开源节流,并促使了全球能源体系的重大调整。展望我国从目前到2050年能源需求与保障供应的可能性,煤的份额将由目前的约70%减少至2050年的约40%,天然气、水电、核电份额将有所增长,还有约15%的缺口要靠大规模发展非水能的可再生能源来补足[1]。理论上只要存在冷、热温差,就可转化得到可供利用的能源,故可称为冷、热温差资源为温差能源。开发利用温差能源,国内外已进行了相当多的探索和应用,且工作主要集中于热电转换材料的温差发电[2～4]。 1 L NG冷能利用现状 LNG(liquified natural gas)是天然气经过脱酸、脱水处理,通过低温工艺冷冻液化而成的低温(-162℃)液体混合物。每生产1t LNG的动力及公用设施耗电量约为850k W?h;而在LNG接收站,一般又需将LNG通过气化器气化后使用,气化时放出很大的冷量,其值大约为830kJ/kg(包括液态天然气的气化潜热和气态天然气从储存温度复热到环境温度的显热)。我国将在沿海地区相继建成十几个LNG接收站,每年将进口数以千万吨计的LNG,同时携带着巨额冷量[5]。在高能源价格下,液化天然气的巨大能耗和汽化天然气的冷能浪费使LNG的冷能利用成为热电转换中的新兴领域。 2007年福建已经以每年260×104t的规模进口LNG,华南理工大学[5]为其设计了“超低温冷能的火用分析和火用经济价值估算通过冷媒循环利用LNG 冷能系统”以及“LNG冷能用于空分和中低温冷用户的集成方案”,可以冷却290×104t空气,相当于60000m3/h的氧气制备规模,即一套特大型常规空气分离装置的规模,其大致可以生产11000 m3/h的液氧、47000m3/h的氧气、80000m3/h左右的液氮和氮气,以及1800m3/h左右的氩气。 另外一例国内LNG接收站冷能利用以深圳大鹏湾接受终端[6],如不采用LNG的冷能综合利用技术,每年排入附近海域的冷量将达到215×109 MJ。因此,研究LNG冷能的综合利用技术不仅有利于节约能源,发展循环经济,而且能最大程度减少LNG终端站对附近海域的影响,保证该湾区甚至全部沿海地区的可持续发展。 在国内,LNG低温电能利用尚处于实验室研究阶段。目前所提出的LNG冷能发电主要是利用LNG的低温冷能使发电装置中循环工质液化,而后工质经加热气化再在气轮机中膨胀作功带动发电机发电。全静态的热电材料温差发电方式具有简单、无运动部件、组合方便等很多优点,因此它是一种实现LNG低温冷能温差发电的颇具前景的途径。 北京化工大学的Lu、W ang两人[7]设计开发了直接利用LNG冷能的朗肯循环,以氨水—水作为 3胡放,女,1986年7月生,硕士研究生。上海市,200237。
温差电效应及其应用
温差电效应及其应用 摘要: 本文首先系统阐述了温差电效应，包括温差电效应现象的发现和基本内容，接着介绍了近年来温差电效应研究的应用，重点介绍温差电效应在温度测量、温差发电和温差电制冷方面的最新应用，最后对温差电效应在一些新科技领域的潜在应用进行了展望。 关键词： 温差电效应；温差发电；温差电制冷。 引言: 温差电效应研究是一门古老而又年轻的学科，它很好的将温度差异和电压的产生两者联系起来，被广泛应用于高温测量、温差发电等领域。构成温差电技术的基础有三个基本效应：塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应。早在1821年，德国科学家塞贝克就发现了温差电的第一个效应，所以，人们称之为塞贝克效应——将两种不同的金属连接，构成一个闭合回路，如果两个接头处存在温差，回路中便产生电流。该效应便成了温差发电的技术基础。1834年法国科学家珀尔帖发现电致冷所依赖的珀尔帖效应，它是塞贝克效应的逆效应——将两种不同的金属连接，构成一个闭合回路，如果回路中存在直流电流，两个接头之间便会产生温差。而第三个效应——汤姆逊效应，是汤姆逊在1856年发现的。 1．温差电效应 将两种不同的金属相连接，并在两接头处保持不同的温度，电路中将存在温度梯度和化学势梯度，因而同时产生热流和粒子流，出现交叉现象。这就是温差电效应【1】。由A、B 两种金属接成的热电偶，在两接点处保持不同的温度 T 和 T+ΔT ，发现，回路中两接点将产生电势差,并且与两接点处的温度差ΔT成正比，即Δζ=εABΔT，其中εAB 是温差电动势系数，它与材料及温度有关。Je表示电流密度【2】。
2．温差电效应的应用 可能现在大家对温差电效应有所了解，然而，在温差电现象发现后一百多年里，却一直未得到实际的应用，原因就是利用金属合金做成的温差电偶的温差电致冷效应很弱，温差电技术真正复兴，可以认为是从20世纪30年代开始，杰出的苏联物理学家——约飞，最早提出了用半导体材料，作为温差电换能的材料，特别是首先提出的固熔体合金的概念，为近现代温差电技术的研发与实际应用奠定了理论与技术基础。直到二十世纪五十年代，由于半导体科学技术的发展，科学家发现用半导体材料构成的温差电偶，其温差电效应相当显著。之后，许多科学家在这方面做出了杰出贡献，到六十年代，温差电致冷达到了实用化阶段。 前苏联的俄罗斯、乌克兰等国家，曾首先在温差发电和温差电致冷方面进行了最广泛的研究。现在，他们的科研成果正逐渐从航天、军事领域向市场需求方面转化。美国也是温差电技术的强国之一，而且美国研究温差电的技术领域得到美国政府，尤其是军方的支持。从六七十年代开始，我国的科研人员才对温差电技术展开了较广泛的研究，这使我国目前已成为世界上温差电产品生产量最大的国家之一，产品的技术性能也接近国际先进水平。 半导体材料的研发与应用，极大地推动了温差电技术的发展。目前，温差电已形成了一个新的行业，新产品不断出现，整个行业处在上升阶段，发展前景十分广阔。随着技术的发展，也随着氟里昂等具有温室效应的制冷剂在全球禁用，温差电致冷技术显得越来越显得重要，市场会越来越大【3】。 2．1 温度测量 温度测量方面的典型代表是温差电偶温度计。温差电偶温度计是一种工业上广泛应用的测温仪器。它的制成，就是利用了温差电现象。两种不同的金属丝焊接在一起形成工作端，另两端与测量仪表连接，形成电路。把工作端放在被测温度处，工作端与自由端温度不同时，就会出现电动势，因而有电流通过回路。通过电学量的测量，利用已知处的温度，就可以测