热电效应的大小主要取决 于两种材料的热电势。纯金属材料的导电性好、导热性也好。用两种金属材料组成电偶回路, 其热电势小,热电效应很弱,制冷效果不明显(制冷效率不到 1%)。半导体材料具有较高的 热电势,可以成功地用来做成小型热电制冷器。按电流载体的不同,半导体分为 体(电子型)和P型半导体(空穴型)。图3-1 型半导体和P型半导体构成的热电偶制冷 元件。 用铜板和铜导线将N 型半导体和P 型半导体连接成一个回路,铜板和铜导线只起导 电的作用。回路由低压直流电源供电。回路中接通电流时,一个接点变热;一个接点变冷。 如果改变电流方向,则两个接点处的冷热作用互易,即原来的热接点变成冷接点;原来的冷 接点变成热接点。 图3-1 热电制冷元件 热电偶只需零点几伏特的电源电压,冷端产生的制冷量也很小,所以实际热电制冷器是将许多热电偶组成热电堆使用。 热电制冷器的结构和原理显然不同于液体气化制冷。它不需要一定的工质循环来实现 能量转换,没有任何运动部件。热电制冷的效率低,半导体材料的价格又很高,而且,由于 必须使用直流电源,变压和整流装置往往不可避免,从而增加了电堆以外的附加体积。所以 热电制冷不宜大规模和大冷量使用。但由于它的灵活性强,简单方便,使用可靠,冷热切换 容易,非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场所。例如,用于为空间飞行器上的科 学仪器、电子仪器、医疗器械中需要冷却的部位提供冷源;装备在核潜艇驾驶舱的空调设备 上。此外,采用热电制冷的小型手提式电冰箱很适合于郊游、兵营、汽车司机等使用。 3.2 磁制冷 这是利用磁热效应的制冷方式。 早在1 )就注意到:顺磁体绝热去磁过程中,其温度会降低。从机现上说,固体磁性物质(磁性离子构成的系统)在受磁场作用磁化时,系统的磁有序度 加强(磁熵减小),对外放出热量;再将其去磁,则磁有序度下降(磁熵增大),又要从外界 吸收热量。这种磁性离子系统在磁场施加与除去过程中所出现的热现象称为磁热效应。 .基本概念螺旋线圈通电时,产生感应磁场 。在线圈中插入磁性物体(比如铁棒),物体磁化后 产生附加磁场 (3-1)不同的磁介质产生的附加磁场情况不同,附加磁场与原磁场方向相同的磁介质称作顺磁体 (如铁、锰);附加磁场与原磁场方向相反的磁介质称作抗磁体(如铋、氢等)。磁感应强度 单位是特斯拉(Tesla),用符号T 表示。 设物体的磁矩为 M。