湯姆遜效應(yīng)珀耳帖效應(yīng)

珀耳帖效應(yīng)是指當(dāng)有電流通過(guò)不同的導(dǎo)體組成的回路時(shí)，除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱外，在不同導(dǎo)體的接頭處隨著電流方向的不同會(huì)分別出現(xiàn)吸熱、放熱現(xiàn)象。這是J.C.A.珀耳帖在1834年發(fā)現(xiàn)的。如果電流通過(guò)導(dǎo)線由導(dǎo)體1流向?qū)w2，則在單位時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體1處單位面積吸收的熱量與通過(guò)導(dǎo)體1處的電流密度成正比 。

如果兩種不同的導(dǎo)體連接成回路，且兩接頭的溫度T1和T2不同時(shí)，則回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),會(huì)有電流出現(xiàn)。此現(xiàn)象是T.J.塞貝克在1821年發(fā)現(xiàn)的。溫差電動(dòng)勢(shì)與兩接頭的溫度勢(shì)及兩種材料的性質(zhì)有關(guān)，可用溫差電動(dòng)勢(shì)率S12，即單位溫差產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)來(lái)描述這一效應(yīng)。

1821年，德國(guó)物理學(xué)家塞貝克發(fā)現(xiàn)，在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當(dāng)兩接觸處的溫度不同時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)，此所謂“塞貝克效應(yīng)”。1834年，法國(guó)實(shí)驗(yàn)科學(xué)家帕爾帖發(fā)現(xiàn)了它的反效應(yīng)：兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路，當(dāng)回路中存在直流電流時(shí)，兩個(gè)接頭之間將產(chǎn)生溫差，此所謂珀?duì)柼?yīng)。1837年，俄國(guó)物理學(xué)家愣次又發(fā)現(xiàn)，電流的方向決定了吸收還是產(chǎn)生熱量，發(fā)熱（制冷）量的多少與電流的大小成正比。

1856年，湯姆遜利用他所創(chuàng)立的熱力學(xué)原理對(duì)塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)進(jìn)行了全面分析，并將本來(lái)互不相干的塞貝克系數(shù)和帕爾帖系數(shù)之間建立了聯(lián)系。湯姆遜認(rèn)為，在絕對(duì)零度時(shí)，帕爾帖系數(shù)與塞貝克系數(shù)之間存在簡(jiǎn)單的倍數(shù)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，他又從理論上預(yù)言了一種新的溫差電效應(yīng)，即當(dāng)電流在溫度不均勻的導(dǎo)體中流過(guò)時(shí)，導(dǎo)體除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱之外，還要吸收或放出一定的熱量（稱(chēng)為湯姆孫熱）?；蛘叻催^(guò)來(lái)，當(dāng)一根金屬棒的兩端溫度不同時(shí)，金屬棒兩端會(huì)形成電勢(shì)差。這一現(xiàn)象后叫湯姆孫效應(yīng)（Thomson effect），成為繼塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)之后的第三個(gè)熱電效應(yīng)（thermoelectric effect） 。

威廉·湯姆遜1824年生于愛(ài)爾蘭，父親詹姆士是貝爾法斯特皇家學(xué)院的數(shù)學(xué)教授，后因任教格拉斯哥大學(xué)，在威廉8歲那年全家遷往蘇格蘭的格拉斯哥。湯姆遜十歲便入讀格拉斯哥大學(xué) (你不必驚訝，在那個(gè)時(shí)代，愛(ài)爾蘭的大學(xué)會(huì)取錄最有才華的小學(xué)生)，約在14歲開(kāi)始學(xué)習(xí)大學(xué)程度的課程，15歲時(shí)憑一篇題為“地球形狀”的文章獲得大學(xué)的金獎(jiǎng)?wù)隆愤d后來(lái)到了劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)，并以全年級(jí)第2名的成績(jī)畢業(yè)。他畢業(yè)后到了巴黎，在勒尼奧的指導(dǎo)下進(jìn)行了一年實(shí)驗(yàn)研究。1846年，湯姆遜再回到格拉斯哥大學(xué)擔(dān)任自然哲學(xué) (即物理學(xué)) 教授，直到1899年退休為止。

湯姆遜在格拉斯哥大學(xué)創(chuàng)建了第一所現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)室；24歲時(shí)發(fā)表一部熱力學(xué)專(zhuān)著，建立溫度的“絕對(duì)熱力學(xué)溫標(biāo)”；27歲時(shí)發(fā)表《熱力學(xué)理論》一書(shū)，建立熱力學(xué)第二定律，使其成為物理學(xué)基本定律；與焦耳共同發(fā)現(xiàn)氣體擴(kuò)散時(shí)的焦耳－湯姆遜效應(yīng)；歷經(jīng)9年建立歐美之間永久大西洋海底電纜，由此獲得“開(kāi)爾文勛爵”的貴族稱(chēng)號(hào)。

湯姆遜一生研究范圍相當(dāng)廣泛，他在數(shù)學(xué)物理、熱力學(xué)、電磁學(xué)、彈性力學(xué)、以太理論和地球科學(xué)等方面都有重大貢獻(xiàn) 。

溫差電現(xiàn)象：在固態(tài)或液態(tài)導(dǎo)體中,利用三種相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象:塞貝克效應(yīng)、珀耳帖效應(yīng)和湯姆孫效應(yīng)（包括磁場(chǎng)對(duì)每個(gè)效應(yīng)的影響），把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)換成電能(或其逆過(guò)程)的現(xiàn)象。

這三種熱電現(xiàn)象都是可逆的。

在半導(dǎo)體中同樣存在著上述三種溫差電現(xiàn)象，而且效應(yīng)比金屬導(dǎo)體中顯著得多。如金屬中溫差電動(dòng)勢(shì)率約為0～10微伏/攝氏度之間，在半導(dǎo)體中常為幾百微狀/攝氏度，甚至達(dá)到幾毫伏/攝氏度。因此金屬中的塞貝克效應(yīng)主要用于溫差電偶（用作溫度計(jì)）；而半導(dǎo)體可用于溫差發(fā)電。珀耳帖效應(yīng)可用于致冷。一級(jí)致冷，溫差可達(dá)50～60°C；二級(jí)致冷可達(dá)70～80°C；三級(jí)致冷可達(dá)90～100°C。由于低溫下材料的致冷性能變差，所以一般只作到三級(jí)左右 。2100433B

壁效應(yīng)是指各類(lèi)化工設(shè)備器壁的影響。這種影響主要是指靠近器壁的空間結(jié)構(gòu)與其他部分有很大差別，器壁處的流動(dòng)狀況、傳質(zhì)、傳熱狀況與主流體中也有很大差別。當(dāng)采用實(shí)驗(yàn)規(guī)模的小型設(shè)備研究傳質(zhì)、傳熱、反應(yīng)的規(guī)律時(shí)，器壁的影響遠(yuǎn)比大型設(shè)備為大。

壁效應(yīng)可根據(jù)對(duì)象分為：岸壁效應(yīng)、斜壁效應(yīng)、端壁效應(yīng)、附壁效應(yīng)等，其中岸壁效應(yīng)最為常見(jiàn)。

磁效應(yīng)主要有磁－力效應(yīng)、磁聲效應(yīng)、磁光效應(yīng)、磁熱效應(yīng)和磁電效應(yīng)以及它們的逆效應(yīng)。

電流的磁效應(yīng)

1. 何謂電流的磁效應(yīng)？

a. 電流的磁效應(yīng)（動(dòng)電會(huì)產(chǎn)生磁）：奧斯特發(fā)現(xiàn)：任何通有電流的導(dǎo)線，都可以在其周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)的現(xiàn)象，稱(chēng)為電流的磁效應(yīng)。

b. 非磁性金屬通以電流，卻可產(chǎn)生磁場(chǎng)，其效果與磁鐵建立的磁場(chǎng)相同。

2. 通有電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)。

a. 在通電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線周?chē)瑫?huì)有磁場(chǎng)產(chǎn)生，其磁力線的形狀為以導(dǎo)線為圓心一封閉的同心圓，且磁場(chǎng)的方向與電流的方向互相垂直。

b.安培定律：通有電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線周?chē)⒌拇艌?chǎng)強(qiáng)弱，和導(dǎo)線上的電流大小成正比，和導(dǎo)線間的距離成反比。

c. 磁場(chǎng)（或磁力線）的方向：可由右手螺旋定則來(lái)決定。

2. 電流方向：右手握住導(dǎo)線，大拇指指向電流的方向。

3. 磁場(chǎng)（或磁力線）方向：四指所指的方向。

4. 載流螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)

a. 螺線形線圈相當(dāng)于數(shù)十個(gè)圓盤(pán)形薄磁鐵之N極與S極頭尾相連所形成的磁場(chǎng)，就好像一個(gè)長(zhǎng)圓柱形磁鐵所造成的磁場(chǎng)。

b. 通有電流的螺線形線圈繞得愈緊密，也就是說(shuō)單位長(zhǎng)度內(nèi)的匝

數(shù)愈多，則軸心處的磁場(chǎng)愈強(qiáng)。

c. 螺線形線圈磁場(chǎng)方向的判定【右手螺旋定則變化】：以右手握住線圈，四指彎曲指向電流方向，大拇指所指的方向即為線圈N 極的一端，也就是線圈內(nèi)磁力線的方向。

d. 在線圈內(nèi)部，磁力線的方向是由S極指向N極，離開(kāi)線圈後，磁力線的方向是由N極指向S極。

e. 圈內(nèi)磁場(chǎng)較圈外強(qiáng)。

5. 電磁鐵的原理

a. 將鐵釘（或軟鐵）插入一螺線形線圈內(nèi)部，則當(dāng)線圈通有電流時(shí)，線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)將使鐵釘磁化，具有磁性。

b. 鐵釘磁化後所生成的磁場(chǎng)，加上原有線圈內(nèi)的磁場(chǎng)，使得總磁場(chǎng)強(qiáng)度大為增強(qiáng)。

c. 當(dāng)電流切斷時(shí)，線圈及鐵釘?shù)拇判噪S即消失，利用這種方式得到的磁鐵，稱(chēng)為電磁鐵。

d. 增強(qiáng)螺線管線圈磁場(chǎng)方法【1】增加單位圈數(shù)【2】增強(qiáng)線圈電流【3】放入軟磁鐵

6. 電磁鐵的特性

a. 可藉增大電流及增加線圈數(shù)，使其磁力遠(yuǎn)大于天然磁鐵?？梢缘踹\(yùn)巨大的鋼板或廢棄汽車(chē)。安培計(jì)、伏特計(jì)中也有電磁鐵。

b. 通電產(chǎn)生磁性，電流停止則磁性消失，可隨意改變大小和方向，用起來(lái)比永久磁鐵方便。

磁效應(yīng)構(gòu)造

1.線圈（電樞）和鐵芯：以細(xì)漆包線在鐵芯外部纏繞成線圈，以線圈連接轉(zhuǎn)軸可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。此為電磁鐵。

2.場(chǎng)磁鐵：為永久磁鐵，置于線圈外圍。

3.集電環(huán)（半圓形金屬環(huán)）：漆包線兩端引線各連接在兩個(gè)緊貼轉(zhuǎn)軸的半圓形金屬環(huán)上。

4.電刷：與集電環(huán)微微接觸，電源提供的電流由電刷輸入或自線圈輸出。

磁效應(yīng)原理

1.直流電源流入電磁鐵的線圈中，電磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與場(chǎng)磁鐵的磁場(chǎng)產(chǎn)生排斥。

2.每轉(zhuǎn)180度，因半圓形金屬環(huán)跳至另一個(gè)電刷，電流方向改變，線圈極性隨之改變，使電磁鐵與外圍磁場(chǎng)始終保持，排斥狀態(tài)，才能讓線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 在磁場(chǎng)中受力作用轉(zhuǎn)動(dòng)。

震磁效應(yīng)是由于某些物質(zhì)有壓磁效應(yīng)或磁致伸縮現(xiàn)象，從而，認(rèn)為不僅大地震發(fā)生后會(huì)在局部地區(qū)出現(xiàn)地磁場(chǎng)的變化，而且在大地震發(fā)生前，由于物質(zhì)遭受不同的擠壓或不同的溫度影響，也會(huì)使物質(zhì)的磁性發(fā)生變化并反映為局部地磁場(chǎng)異常變化。

因此，利用這種變化有可能預(yù)測(cè)大地震。還有人認(rèn)為地震的孕育、發(fā)生和發(fā)展與局部地磁場(chǎng)的變化是有聯(lián)系的，并將這種聯(lián)系統(tǒng)稱(chēng)為震磁效應(yīng)。為了利用震磁效應(yīng)必須消除外空電流體系變化對(duì)地磁場(chǎng)的影響，大多利用兩個(gè)或兩個(gè)以上地磁臺(tái)（按不同的磁經(jīng)或磁緯選?。┵Y料相減的辦法，來(lái)提取震磁效應(yīng)的“信息” ，進(jìn)行分析預(yù)報(bào)地震。