●潤(rùn)語(yǔ) 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(lè)，幾十元就能買一個(gè)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(jīng)”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(shuō)毫不相干。迷你冰箱的核心原件是半導(dǎo)體制冷片。

這種半導(dǎo)體制冷片的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單：一塊小方片和兩根導(dǎo)線。在給制冷片通電的時(shí)候，這個(gè)小方片的一面會(huì)發(fā)熱，另一面則會(huì)變冷。改變通電方向后，發(fā)熱面和制冷面也會(huì)對(duì)調(diào)，采用半導(dǎo)體制冷片的小型冰箱能制冷也能制熱。并且半導(dǎo)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(dǎo)體制冷。

半導(dǎo)體制冷片將兩種不同的半導(dǎo)體材料貼合在一起，接著從兩種材料各自引出一根導(dǎo)線。在工作時(shí)，將導(dǎo)線接通直流電源，熱量就會(huì)從一種材料傳遞到另一種材料，表現(xiàn)出來(lái)就是一面制冷，一面發(fā)熱。

半導(dǎo)體制冷片

半導(dǎo)體制冷片的結(jié)構(gòu)

這種現(xiàn)象被稱為珀?duì)栙N效應(yīng)。這種效應(yīng)是在1834年由法國(guó)物理學(xué)家J.C.A·珀?duì)栙N發(fā)現(xiàn)的。珀?duì)栙N原本是一名鐘表商，不過(guò)在30歲時(shí)，他開始了物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)和觀察。他的日常生活不是在阿爾卑斯山上燒開水，測(cè)量沸水溫度，就是在海邊觀察水龍卷，思考龍卷風(fēng)是怎么形成的。

不過(guò)也正是因?yàn)檫@些看似“無(wú)用”的舉動(dòng)，才產(chǎn)生了許多“有用”的科學(xué)原理。

不 “正經(jīng)”冰箱原理運(yùn)用很廣泛

隨著物理學(xué)的發(fā)展日漸完善，科學(xué)家們將珀?duì)栙N效應(yīng)和另外兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的效應(yīng)歸納在一起，統(tǒng)稱為溫差電現(xiàn)象?，F(xiàn)在利用這三個(gè)現(xiàn)象制造的機(jī)器已經(jīng)遍布全世界。

塞貝克效應(yīng)：當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體連接成回路，而且兩邊的材料溫度不同時(shí)，電路之中會(huì)產(chǎn)生電流。這一效應(yīng)是珀?duì)栙N效應(yīng)的逆效應(yīng)。也就是說(shuō)拿一個(gè)半導(dǎo)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(gè)半導(dǎo)體制冷片就變成了一個(gè)利用溫度差來(lái)發(fā)電的發(fā)電機(jī)。

湯姆孫效應(yīng)：當(dāng)一個(gè)存在溫度梯度的均勻?qū)w（一端熱一端冷的一截鐵絲）中通有電流時(shí)，導(dǎo)體會(huì)吸收或者放出一定的熱量。

利用珀?duì)栙N效應(yīng)制作的半導(dǎo)體制冷片，讓我們享受到了冰可樂(lè)和熱奶茶，但發(fā)電要靠塞貝克效應(yīng)：溫度差+熱電轉(zhuǎn)換器=發(fā)電機(jī)。

二戰(zhàn)期間科學(xué)家研制出的一種小型水壺?zé)犭姲l(fā)電機(jī)

二戰(zhàn)時(shí)期，蘇聯(lián)游擊隊(duì)苦于無(wú)線電臺(tái)沒(méi)地方充電，而普通的發(fā)電機(jī)都是大塊頭且用起來(lái)噪聲很大。于是他們委托科學(xué)家研制出了一種基于塞貝克效應(yīng)的水壺?zé)犭姲l(fā)電機(jī)，它看起來(lái)和普通的水壺沒(méi)什么區(qū)別，但它是利用篝火和水之間大約300℃的溫差來(lái)發(fā)電的，并且這一發(fā)電機(jī)的充電功率能達(dá)到6瓦。

小巧的“核電站”

因?yàn)闊犭姲l(fā)電機(jī)本身沒(méi)有活動(dòng)部件，皮實(shí)耐造的特點(diǎn)讓它成了航天界的寵兒。

在進(jìn)行深空探測(cè)任務(wù)時(shí)，航天器可能會(huì)遠(yuǎn)離太陽(yáng)或是處于陰影區(qū)，光照嚴(yán)重不足且面臨低溫環(huán)境。這種環(huán)境下航天器的電力供應(yīng)是一個(gè)大問(wèn)題。

解決這個(gè)問(wèn)題的便是放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器，簡(jiǎn)稱RTG。RTG利用塞貝克效應(yīng)將放射性同位素衰變產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能。

好奇號(hào)火星車尾部的RTG

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

安裝在“旅行者二號(hào)”探測(cè)器上的RTG已經(jīng)穩(wěn)定工作了45年，好奇號(hào)火星火車和嫦娥四號(hào)著陸器上也都配備了RTG。所以，RTG連宇宙的極端環(huán)境都能夠克服，地球上的極端環(huán)境對(duì)它來(lái)說(shuō)就是小菜一碟了。

在有著漫長(zhǎng)極夜的北極圈冬季，燈塔的能源供應(yīng)靠的就是RTG。截至1992年，美國(guó)軍隊(duì)在北極布置的軍事設(shè)施也是利用RTG來(lái)進(jìn)行供電的。小型化的钚-238電池曾經(jīng)還被用來(lái)當(dāng)作心臟起搏器的電池。

隨著柔性電路以及新材料的出現(xiàn)，利用溫差電現(xiàn)象制作的設(shè)備性能也將大幅提高?；蛟S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(dǎo)體制冷器件植入衣服，就能得到一件無(wú)懼夏天的制冷服。