鐘陽(yáng)春

一杯熱水和一杯冷水就能發(fā)電，你相信嗎？

1821年，德國(guó)物理學(xué)家塞貝克發(fā)現(xiàn)了溫差電現(xiàn)象，這一現(xiàn)象又稱(chēng)塞貝克效應(yīng)。塞貝克效應(yīng)又稱(chēng)作第一熱電效應(yīng)，是指由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。一般規(guī)定熱電勢(shì)方向?yàn)椋涸跓岫穗娮佑韶?fù)流向正。

在兩種金屬A和B組成的回路中，如果使兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度不同，則在回路中將出現(xiàn)電流，稱(chēng)為熱電流。相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為熱電勢(shì)，其方向取決于溫度梯度的方向。

塞貝克效應(yīng)的成因可以簡(jiǎn)單解釋為，在溫度梯度下導(dǎo)體內(nèi)的載流子從熱端向冷端運(yùn)動(dòng)，并在冷端堆積，從而在材料內(nèi)部形成電勢(shì)差，同時(shí)在該電勢(shì)差作用下產(chǎn)生一個(gè)反向電荷流，當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)的電荷流與內(nèi)部電場(chǎng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，半導(dǎo)體兩端形成穩(wěn)定的溫差電動(dòng)勢(shì)，半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)較大，可用作溫差發(fā)電器。

根據(jù)溫差電原理制作的溫差電偶，作為電源可以輸出穩(wěn)定的電流，不僅可以帶動(dòng)小型電動(dòng)機(jī)，還可以點(diǎn)亮LED小燈泡。你想做一個(gè)這樣的溫差發(fā)電機(jī)嗎？接下來(lái)請(qǐng)跟著本文一起實(shí)驗(yàn)吧。

溫差電現(xiàn)象對(duì)熱電偶來(lái)說(shuō)是一種可逆的電能內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)換效應(yīng)，冷熱水溫差電機(jī)演示了內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。

如圖所示，由兩種不同的金屬連接構(gòu)成的閉合回路，若兩連接點(diǎn)的溫度不同，則可在回路中形成穩(wěn)定的電流，也就是說(shuō)，電路內(nèi)存在溫差電動(dòng)勢(shì)，這就是由內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)是利用以半導(dǎo)體材料為工作導(dǎo)體的熱電偶（溫差發(fā)電片），在外界存在一定的溫度差時(shí)，電路中將產(chǎn)生能驅(qū)動(dòng)小電機(jī)和點(diǎn)亮LED小燈泡的電流。小電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和LED小燈泡發(fā)光，直觀地演示了內(nèi)能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象。

溫差發(fā)電片、導(dǎo)熱膏、金屬盒、導(dǎo)線、電動(dòng)機(jī)、LED小燈泡、樂(lè)高積木、USB接口、熱熔膠、冷水、熱水。

實(shí)驗(yàn)操作：

1.固定溫差發(fā)電片。將溫差發(fā)電片的兩側(cè)均勻地涂上導(dǎo)熱膏，把溫差發(fā)電片貼在兩金屬盒的側(cè)面，注意溫差發(fā)電片的黑色導(dǎo)線在上方。

2.連接電路。用導(dǎo)線將溫差發(fā)電片與電動(dòng)機(jī)相連，并將扇葉固定到電機(jī)軸上。

3.制作支架。用樂(lè)高積木（或木塊）制作一個(gè)支架，用于固定電動(dòng)機(jī)和USB接口。

4.固定電動(dòng)機(jī)和USB接口。 用熱熔膠把電動(dòng)機(jī)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(fā)電片的右側(cè)金屬盒內(nèi)加入冷水，再往左側(cè)金屬盒內(nèi)加入剛燒開(kāi)的熱水，可以看到扇葉開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，并且可以持續(xù)半個(gè)小時(shí)左右。

6.將溫差發(fā)電片與電動(dòng)機(jī)相連的導(dǎo)線拆下，改與USB接口的接線柱相連，再將LED小燈泡接入U(xiǎn)SB接口，可以看到LED小燈泡發(fā)光了，并且可以持續(xù)半個(gè)小時(shí)左右。