神奇的溫差電現象

鐘陽春

一杯熱水和一杯冷水就能發電，你相信嗎？

1821年，德國物理學家塞貝克發現了溫差電現象，這一現象又稱塞貝克效應。塞貝克效應又稱作第一熱電效應，是指由于兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質間的電壓差的熱電現象。一般規定熱電勢方向為：在熱端電子由負流向正。

在兩種金屬A和B組成的回路中，如果使兩個接觸點的溫度不同，則在回路中將出現電流，稱為熱電流。相應的電動勢稱為熱電勢，其方向取決于溫度梯度的方向。

塞貝克效應的成因可以簡單解釋為，在溫度梯度下導體內的載流子從熱端向冷端運動，并在冷端堆積，從而在材料內部形成電勢差，同時在該電勢差作用下產生一個反向電荷流，當熱運動的電荷流與內部電場達到動態平衡時，半導體兩端形成穩定的溫差電動勢，半導體的溫差電動勢較大，可用作溫差發電器。

根據溫差電原理制作的溫差電偶，作為電源可以輸出穩定的電流，不僅可以帶動小型電動機，還可以點亮LED小燈泡。你想做一個這樣的溫差發電機嗎？接下來請跟著本文一起實驗吧。

溫差電現象對熱電偶來說是一種可逆的電能內能之間的轉換效應，冷熱水溫差電機演示了內能轉化為電能的過程。

如圖所示，由兩種不同的金屬連接構成的閉合回路，若兩連接點的溫度不同，則可在回路中形成穩定的電流，也就是說，電路內存在溫差電動勢，這就是由內能轉變為電能的現象。本實驗是利用以半導體材料為工作導體的熱電偶（溫差發電片），在外界存在一定的溫度差時，電路中將產生能驅動小電機和點亮LED小燈泡的電流。小電機轉動和LED小燈泡發光，直觀地演示了內能轉換為電能的現象。

溫差發電片、導熱膏、金屬盒、導線、電動機、LED小燈泡、樂高積木、USB接口、熱熔膠、冷水、熱水。

實驗操作：

1.固定溫差發電片。將溫差發電片的兩側均勻地涂上導熱膏，把溫差發電片貼在兩金屬盒的側面，注意溫差發電片的黑色導線在上方。

2.連接電路。用導線將溫差發電片與電動機相連，并將扇葉固定到電機軸上。

3.制作支架。用樂高積木（或木塊）制作一個支架，用于固定電動機和USB接口。

4.固定電動機和USB接口。 用熱熔膠把電動機和USB接口固定在積木支架上，注意兩者的距離不要太近。

5.加入冷水和熱水。先往溫差發電片的右側金屬盒內加入冷水，再往左側金屬盒內加入剛燒開的熱水，可以看到扇葉開始轉動，并且可以持續半個小時左右。

6.將溫差發電片與電動機相連的導線拆下，改與USB接口的接線柱相連，再將LED小燈泡接入USB接口，可以看到LED小燈泡發光了，并且可以持續半個小時左右。