迷你小冰箱竟是“核電站”的“遠房親戚”？

●潤語 編

炎熱夏天，出門五分鐘就能讓人大汗淋漓。為了喝上一罐冰可樂，幾十元就能買一個迷你冰箱，它不僅能制冷，在冬天還能變成加熱箱。但是這種可冷可熱還便宜的冰箱，真的靠譜嗎？

迷你冰箱是不是“正經”冰箱？

這種迷你冰箱和家里的大冰箱，除了名字里都有冰箱外，制冷原理可以說毫不相干。迷你冰箱的核心原件是半導體制冷片。

這種半導體制冷片的結構很簡單：一塊小方片和兩根導線。在給制冷片通電的時候，這個小方片的一面會發熱，另一面則會變冷。改變通電方向后，發熱面和制冷面也會對調，采用半導體制冷片的小型冰箱能制冷也能制熱。并且半導體制冷片所需的電壓也很低，用充電寶就能供電，汽車上的車載冰箱也多為半導體制冷。

半導體制冷片將兩種不同的半導體材料貼合在一起，接著從兩種材料各自引出一根導線。在工作時，將導線接通直流電源，熱量就會從一種材料傳遞到另一種材料，表現出來就是一面制冷，一面發熱。

半導體制冷片

半導體制冷片的結構

這種現象被稱為珀爾貼效應。這種效應是在1834年由法國物理學家J.C.A·珀爾貼發現的。珀爾貼原本是一名鐘表商，不過在30歲時，他開始了物理學的實驗和觀察。他的日常生活不是在阿爾卑斯山上燒開水，測量沸水溫度，就是在海邊觀察水龍卷，思考龍卷風是怎么形成的。

不過也正是因為這些看似“無用”的舉動，才產生了許多“有用”的科學原理。

不 “正經”冰箱原理運用很廣泛

隨著物理學的發展日漸完善，科學家們將珀爾貼效應和另外兩位科學家發現的效應歸納在一起，統稱為溫差電現象。現在利用這三個現象制造的機器已經遍布全世界。

塞貝克效應：當兩種不同的導體連接成回路，而且兩邊的材料溫度不同時，電路之中會產生電流。這一效應是珀爾貼效應的逆效應。也就是說拿一個半導體制冷片，在兩邊制造溫差（比如一面貼上冰塊，另一面放上保溫袋），這個半導體制冷片就變成了一個利用溫度差來發電的發電機。

湯姆孫效應：當一個存在溫度梯度的均勻導體（一端熱一端冷的一截鐵絲）中通有電流時，導體會吸收或者放出一定的熱量。

利用珀爾貼效應制作的半導體制冷片，讓我們享受到了冰可樂和熱奶茶，但發電要靠塞貝克效應：溫度差+熱電轉換器=發電機。

二戰期間科學家研制出的一種小型水壺熱電發電機

二戰時期，蘇聯游擊隊苦于無線電臺沒地方充電，而普通的發電機都是大塊頭且用起來噪聲很大。于是他們委托科學家研制出了一種基于塞貝克效應的水壺熱電發電機，它看起來和普通的水壺沒什么區別，但它是利用篝火和水之間大約300℃的溫差來發電的，并且這一發電機的充電功率能達到6瓦。

小巧的“核電站”

因為熱電發電機本身沒有活動部件，皮實耐造的特點讓它成了航天界的寵兒。

在進行深空探測任務時，航天器可能會遠離太陽或是處于陰影區，光照嚴重不足且面臨低溫環境。這種環境下航天器的電力供應是一個大問題。

解決這個問題的便是放射性同位素熱電發生器，簡稱RTG。RTG利用塞貝克效應將放射性同位素衰變產生的熱能轉化為電能。

好奇號火星車尾部的RTG

RTG的發電過程分為衰變熱收集階段以及溫差發電階段，以典型的 RHU/RTG為例：放射性元素 （钚-238）衰變時會釋放射線，構成射線的高能粒子和周圍物質相互作用時被阻止和吸收，這一過程會產生熱量。有了持久的熱源， RHU/RTG的發電能力也非常的持久和穩定，它在發電時產生的廢熱又能給航天器保溫，一舉兩得。

安裝在“旅行者二號”探測器上的RTG已經穩定工作了45年，好奇號火星火車和嫦娥四號著陸器上也都配備了RTG。所以，RTG連宇宙的極端環境都能夠克服，地球上的極端環境對它來說就是小菜一碟了。

在有著漫長極夜的北極圈冬季，燈塔的能源供應靠的就是RTG。截至1992年，美國軍隊在北極布置的軍事設施也是利用RTG來進行供電的。小型化的钚-238電池曾經還被用來當作心臟起搏器的電池。

隨著柔性電路以及新材料的出現，利用溫差電現象制作的設備性能也將大幅提高。或許以后的智能手表利用人體皮膚和空氣的溫差就能夠得到充足的電力，或者把柔性的半導體制冷器件植入衣服，就能得到一件無懼夏天的制冷服。