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    熱電效應裝置

多麼神奇的發電裝置,不需要動力也不需要太陽光照射,只要放上一杯熱咖啡就能發電!你知道它是如何辦到的嗎?

 

實驗演示


演示影片一(實驗演示影片)

演示影片二(實驗演示影片)


實驗原理


此實驗裝置中最主要的元件為熱電轉換器(圖一),是由數個p型與n型半導體所串聯而成。當放上一杯熱咖啡時,熱電轉換器的兩端即有了溫差,根據熱平衡理論,高溫面(熱庫)之熱量將流向低溫面(冷庫),此時n型半導體中的電子載子與p型半導體中的電洞載子便扮演傳遞熱量的角色,且此熱電轉換器有接上一風扇負載,於是電路因而產生直流電流(圖二)。 其電流的大小由高溫面與低溫面的溫差決定之,溫差越大產生的電流也越大。

此種由熱生電的現象,稱為賽貝克效應(Seebeck effect),是西元 1822 年由德國物理學家 Seebeck 在烤麵包時所察覺。當時他將指南針放置在由兩種不同導體所組成的封閉迴路旁,同時在其中的一端接點處以烤爐加熱,而見到指針出現偏轉的現象。此處磁針的偏轉是由熱生電所致,此處磁針的偏轉是由電流所致。因此將兩種不同的金屬或半導體接合,只要兩端存在溫差便能產生電動勢,尤其是半導體材料引起的電位差比較大,成為熱電變換研究的主要材料。故依此原理,也許可以利用工廠所發出的廢熱和冷卻水之間的溫差來發電喔! 

而賽貝克效應的逆方向亦可行,即直流電通過兩種不同導電材料所構成的迴路時,接點上將產生吸熱或放熱的現象。這是後來由法國人 Peltier 最早發現,因此這個現象稱帕爾帖效應(Peltier effect)。

 

 

問題討論


1. 若在此實驗裝置上放杯冰開水,一樣能發電嗎?

2. 日常生活中有哪些電器可以運用熱電效應? 

3. 某些生物體內也具備熱電效應的物質,你知道是什麼嗎? 

4. 為何熱電材料沒有被廣泛應用? 

相關連結


維基百科--熱電效應

環保再生能源--海洋能