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Thermoelectric Effect

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  1. Thermoelectric Effect • 所謂的熱電效應(thermoelectric effect) ﹐是當受熱物體中的電子(洞) ﹐因隨著溫度梯度由高溫區往低溫區移動時﹐所產生電流或電荷堆積的一種現象。而這個效應的大小﹐則是用稱為thermopower(Q)的參數來測量﹐其定義為 Q = E / -dT(E為因電荷堆積產生的電場﹐dT則是溫度梯度)。 • 應用:一般的冷氣與冰箱運用氟氯化物當冷媒,造成臭氧層的被破壞。無冷媒冰箱(冷氣)因而是環境保護的重要因素。利用半導體之熱電效應,可製造一個無冷媒的冰箱。

  2. 發電 • 這種發電方法是將熱能直接轉變成電能,其轉變效率受熱力學第二定律即柯諾特效率(Carnot efficiency)的限制。早在1822年西伯即已發現,因而熱電效應又叫西伯效應(Seebeck effect)。熱電的現象如圖所示。 • 它不但與兩結溫度有關,且與所用導體的性質有關。這種發電法的優點是沒有轉動的機械部分,不會有磨損現象,故可長久使用,但欲達高效率需要溫度很高的熱源,有時利用數層熱電物質之層疊(cascade或staging)以達高效率的效果。

  3. 自然界熱電效應明顯的物質 • 明礬石 Alunite 六方晶系 KAl3(OH)6(SO4)2 為含氫氧根的鉀、鈉、鋁硫酸鹽礦物,其解理面呈珍珠光澤,其餘的面呈玻璃光澤。硬度3.5~4,條痕白色,比重2.58~2.75,有灰、白、稍黃、稍紅等顏色。具強烈的熱電效應,不溶於水,幾乎不溶於鹽酸、硝酸、氫氟酸和氨水等,但能溶於強鹼及硫酸或高氯酸。明礬石為不規則礦床及礦脈,大屯山火山群之明礬石成細粒結晶而與石英、蛋白石及粘土礦物共生,有些成脈狀,有些交代安山岩中之基質及結晶。金瓜石之明礬石,在礦床及變質圍岩中呈粒狀或鱗片狀產出。為明礬及硫酸鉀的來源,另可提煉鋁及造紙,食品加工,淨水劑,染料等用途。空氣負離子技術。 • 選用具有明顯的熱電效應的稀有礦物石為原料,加入到墻體材料中,在與空氣接觸中,可發生極化,並向外放電,起到凈化室內空氣的作用。

  4. 生物的熱電效應 • 美國科學家發現,鯊魚鼻子裏的一種膠體能把海水溫度的變化轉換成電信號,傳送給神經細胞,使鯊魚能夠感知細微的溫度變化,從而準確地找到食物。     科學家猜測,其他動物體內也可能存在類似的膠體。這種因溫差而產生電流的性質與半導體材料的熱電效應類似,人工合成這種膠體,有望在微電子工業領域獲得應用。 • 美國舊金山大學的一位科學家在1月30日出版的英國《自然》雜誌上報告說,他從鯊魚鼻子的皮膚小孔裏提取了一種與普通明膠相似的膠體,發現它對溫度非常敏感,0.1攝氏度的溫度變化都會使它產生明顯的電壓變化。 • 鯊魚鼻子的皮膚小孔佈滿了對電流非常敏感的神經細胞。海水的溫度變化使膠體內產生電流,刺激神經,使鯊魚感知到溫度差異。科學家認為,借助這種膠體,鯊魚能感知到0.001攝氏度的溫度變化,這有利於它們在海水中覓食。 • 哺乳動物靠細胞表面的離子通道感知溫度:外界溫度變化導致帶電的離子進出通道,產生電流,刺激神經,從而使動物感知冷暖。與哺乳動物的這種方式不同,鯊魚利用膠體,不需要離子通道也能感知溫度變化。