来源：网络 2022-08-29 21:45:00 阅读量：5477
今天的故事从一个小冰箱开始。
这是一个炎热的夏天，一个外出五分钟就会出汗的季节。为了在大热天喝一罐冰可乐，我花了68元巨资在某宝买了一个迷你冰箱。它不仅能制冷，冬天还能成为加热箱。
现在冰箱都这么万能了吗？出了事，必有妖。能冷能热又便宜的冰箱肯定不是正经冰箱。我们一定要好好调查！
迷你冰箱是ldquoRdquo冰箱？
好吧，我来宣布一下调查结果:这款冰箱和家里的冰箱名字一样，但制冷原理不能说有显著区别，只能说互不相干。普通冰箱的制冷原理这里就不用多说了。网上那些五颜六色的迷你冰箱的核心原装都是mdashmdash半导体制冷片。
半导体制冷片的长度如下:
它的结构很简单，一个小方块和两根电线。当制冷片通电时，小方片的一面会发热，另一面会变冷。改变供电方向后，加热面和冷却面就会切换，带半导体制冷片的小冰箱既可以制冷也可以制热。
而且半导体制冷片所需的电压也很低，可以用充电宝供电，汽车上的车载冰箱多为半导体制冷。
通过半导体制冷片将两种不同的半导体材料结合在一起，然后从两种材料中的每一种中引出导线。工作时，当电线连接到DC电源，热量将从一种材料转移到另一种材料，这表明它在加热的同时冷却。
这种现象被称为珀尔帖效应。这个效应是法国物理学家J.C.A .帕尔贴(Peltier)在1834年发现的。珀尔帖原本是一名钟表匠，但在30岁时，他开始实验和观察物理。他的日常生活要么是在阿尔卑斯山烧水并测量其温度，要么是在海边观察水龙卷并思考龙卷风是如何形成的。
但正是因为这些看似ldquo无用的rdquo措施，只是产生了很多ldquo有用的rdquo科学原理，所以我们一起说:谢谢珀尔帖！
热电现象三巨头
随着物理学的发展，科学家们总结了珀尔帖效应和另外两位科学家发现的效应，统称为热电现象。如今，这三种现象制造的机器已经遍布全球，甚至冲出了地球。
热电现象三巨头是谁？
前面提到了Pele效应，然后介绍了Seebeck效应:当两个不同的导体连接成一个电路，两边的材料温度不同时，电路中就会产生电流。这种效应与珀尔帖效应相反。也就是说，拿一块半导体制冷片，在两面制造一个温差。这种半导体制冷片就成了利用温差发电的发电机。最后一个现象是汤姆逊效应:当有温度梯度的均匀导体(一根有热端和冷端的导线)通过时，导体会吸收或放出一定的热量。我们可以用帕尔贴效应制成的半导体制冷片享受冰可乐和热奶茶，但发电靠的是塞贝克效应:温差+热电转换器=发电机。
二战期间，苏联游击队苦于无线电台没地方充电，而普通发电机用起来又大又吵。于是他们委托科学家开发了一种基于塞贝克效应的水壶式热电发电机。它看起来和普通的水壶没什么区别，但是它是利用篝火和水之间300度左右的温差来发电的，而且这个发电机的充电功率可以达到6W。
后来，利用煤油灯的热量发电的TKG-3型发电机出现了。每个人都可以在晚上点亮煤油灯给收音机充电。
紧凑型ldquoRdquo核电站；mdashmdash轮胎式龙门起重机
由于热电发电机本身没有运动部件，以其坚固耐用的特点成为航空航天界的宠儿。
深空探测任务中，航天器可能远离太阳或处于阴影区，光照严重不足，环境温度较低。在这种环境下，飞船的供电是个大问题。
为了解决这个问题，使用了放射性同位素热电发生器(RTG)。RTG利用塞贝克效应将放射性同位素衰变产生的热能转化为电能。
RTG的发电过程可分为衰变热收集阶段和热电发电阶段。以典型的RHU/RTG为例:放射性元素衰变时会释放射线，构成射线的高能粒子在与周围物质相互作用时会被阻挡和吸收，这个过程会产生热量。
安装的设备相当于一个非常耐用的热源。有了持久的热源，RHU/RTG的发电能力也非常持久稳定，发电时产生的余热可以用来给飞船保温，一举两得。
RHU:放射性同位素加热装置同位素热源RTG:放射性同位素热电发生器同位素热电发生器
安装在ldquo旅行者2号rdquo探测器上的RTG已经稳定工作了41年，好奇号火星列车和嫦娥四号着陆器也配备了RTG。
好奇号火星车尾部的RTG
当然，RTG可以克服宇宙的极端环境，而地球上的极端环境对它来说是小菜一碟。
在极夜漫长的北极冬季，灯塔的能源供应依赖于RTG。截至1992年，RTG还被用于美国军队在北极安排的军事设施的供电。小型化的钚-238电池曾被用作心脏起搏器的电池。
随着柔性电路和新材料的出现，由热电现象制成的设备的性能将会大大提高。也许在未来，智能手表可以利用人体皮肤与空气的温差获得足够的电力，或者将柔性半导体制冷器件植入衣服，就可以得到一件不怕夏天的制冷服。
参考资料:
牛蕾，汤贤，李欣，等. ~(238)Pu同位素热/电源的发展与展望(J).原子能科学与技术，2020，54(S01):9。
蔡，何舜尧。新世纪空间放射性同位素电池发展回顾及应用前景(J)。核科学与工程，2004，24:8。
多任务放射性同位素热电发生器计划综述(C)//航空航天会议。IEEE，2004年。
多任务放射性同位素热电发生器的进化升级(C)// 2016年IEEE航空航天会议。IEEE，2016。
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