塞貝克效應(yīng)(或熱電效應(yīng))
德國物理學(xué)家托馬斯·約翰·塞貝克(Thomas Johann Seebeck)以他的名字來命名他在1821年發(fā)現(xiàn)的這一現(xiàn)象。它與電動(dòng)勢(shì)(emf)的出現(xiàn)相對(duì)應(yīng)，電動(dòng)勢(shì)是由兩個(gè)不同類型導(dǎo)體(下面的A和B)的端之間的溫差引起的。電動(dòng)勢(shì)取決于溫差和所用導(dǎo)體的性質(zhì)。
這是測(cè)量溫度的現(xiàn)象。因此，熱電偶由兩根不同的金屬線(在其末端焊接)組成。這種端稱為“熱端”，它建立在我們?cè)噲D測(cè)量其溫度的環(huán)境中。另外兩個(gè)末端連接到測(cè)量熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的儀器上。這一端稱為“冷端”。該冷端的參考溫度通常是0℃。
上述定義的熱電偶通過以下內(nèi)容進(jìn)行表征:
◆其工作范圍
◆其分辨率極限(以mV/℃表示)。這與兩個(gè)端之間的溫差引起的電動(dòng)勢(shì)相對(duì)應(yīng)。
由這種溫差產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)可以用以下公式計(jì)算：
公式中Tc為被測(cè)環(huán)境(浸入熱端)的溫度；Tref為冷端的溫度；Sab為塞貝克系數(shù)取決于導(dǎo)體A和B的性質(zhì)
實(shí)際上，電動(dòng)勢(shì)通常通過迫使冷端溫度變?yōu)?℃來表示。對(duì)于維持在0℃的冷端，作為熱端溫度函數(shù)的電動(dòng)勢(shì)，其演化并不是線性的。電動(dòng)勢(shì)變化很大的熱電偶可用來進(jìn)行靈敏度更高的測(cè)量。這意味著測(cè)量更精確。
熱電偶的原理
熱電現(xiàn)象的三個(gè)適用基本原理是：
◆塞貝克效應(yīng)(見上文)
◆珀耳帖效應(yīng)
◆湯姆生效應(yīng)
以下三個(gè)定律是由這三個(gè)原理推導(dǎo)出來的
◆中間導(dǎo)體定律
◆均質(zhì)導(dǎo)體定律
◆中間溫度定律
①中間導(dǎo)體定律
在熱電偶回路中接入中間金屬(一種不同類型的導(dǎo)體)，只要中間金屬兩端溫度相同，中間金屬的引入對(duì)熱電偶回路總電勢(shì)沒有影響。這種情況非常常見。在這種情況下使用電壓表或其他儀器(相當(dāng)于單個(gè)導(dǎo)體)時(shí)：它不會(huì)改變要測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)。
②均質(zhì)導(dǎo)體定律
由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和長(zhǎng)度如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)，溫差電勢(shì)相抵消，回路中總電勢(shì)為零。如果兩種不同金屬的端保持在溫度T1，而另一種保持在溫度T2，則產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)是獨(dú)立的，不受沿導(dǎo)線T3和T4的溫度分布的影響。
③中間溫度定律
在工業(yè)裝置中，并不容易使熱電偶參考端保持在恒定的溫度(0℃)。實(shí)際上，需要實(shí)現(xiàn)一些系統(tǒng)，使參考端產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)等同于參考端保持在標(biāo)準(zhǔn)溫度(通常為0℃)時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。
中間溫度定律提供了一種將熱電偶在普通條件下產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)與恒定的標(biāo)準(zhǔn)溫度聯(lián)系起來的方法。該定律規(guī)定，兩個(gè)熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)總和(其中一個(gè)熱電偶的兩端處于0℃和標(biāo)準(zhǔn)參考溫度，而另一個(gè)熱電偶的兩端處于參考溫度和測(cè)量溫度)等同于單個(gè)熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)(該熱電偶的兩端處于0℃和測(cè)量溫度)。
通過結(jié)合這三個(gè)基本定律，我們可以使用熱電偶來測(cè)量溫度：
◆任何含有不同性質(zhì)的均質(zhì)金屬的電路中產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，只隨熱端上的溫度而變化。
◆如果電路中所有熱端(一端除外)都保持在給定的參考溫度，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)只隨該熱端的溫度而變化，因此可用來測(cè)量溫度。
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