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半导体制热实验【实验目的】1．测量不同温度下的空载电压Uo与短路电流Is，并测量热电系数。2．测量固定温度下，不同电阻时的电压与电流，由测量的数据确定内阻Ri。。3．通过热消耗和单位时间内的电能，测量能量转化的效率。【实验仪器】图1半导体制热实验仪【实验原理】1.帕尔帖效应当电流通过同一导体时，放出的焦耳热量与电流强度的平方成正比，而与电流流动的方向无关。是一个可逆过程，但在一定条件下，电流通过两种不同材料的金属接触面时，热量的吸收和放出是一个不可逆过程，即当电流沿某一方向流动时，若接触点放出热量，则当电流沿反方向流动时，应吸收热量，这一效应称为帕尔帖效应。2.半导体制冷原理半导体制冷又称热电制冷或温差电制冷，它是利用热电效应的一种制冷方法。半导体制冷原理如图3所示。图2图3n姓材料有多余的电子，有负温差电势，p型材料电子不足，有正温差电势。当电子从p型穿过结点到n型时，其能量必然增加，相反当电子从n型流至p型时，结点温度会升高。把一只n型半导体元件和一只p型半导体元件联结成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。上面的一个接头处，电流方向从n到p，温度下降并吸热，是冷端；而下面的一个接头处，电流方向从p到n，温度上升并放热，是热端。在电流作用下，由于帕尔帖效应，热量由Tc转向Th，使Tc温度降低，成为冷端，Th温度升高，成为热端。借助散热器等各种传热手段，使热端的热量不断散发，将冷端置于工作室中去吸热降温而形成制冷。目前采用半导体材料锑化铋做成N型和P型热电偶，用模块的方法组成半导体制冷器件。如图3所示，接上电流后，这个热电堆的上面是冷端，下面是热端，借助热交换器等传热手段，使热电堆的热端不断散热并保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温，这就是半导体制冷的工作原理。3.制热装置：利用的是珀尔贴（Peltier）效应，即：电流流过两种不同能级的材料的界面时，热量也会发生定向传导，使得界面两侧一边冷、一边热。珀尔贴（Peltier）效应：又称为第二热电效应，是指当电流通过A、B两种金属组成的接触点时，除了因为电流流经电路而产生的焦耳热外，还会在接触点产生吸热或放热的效应。【实验内容】实验设备如图1搭建。1．在制热装置的每边装入流体的热交换剂，在冷的一边加入自来水，并在其顶部的小孔里插上温度计。两边的温度被测量，短路电流和空载电压直接测量，内阻的测量也间接进行。2．在恒定温度下，连接外阻Rext到制热装置。测量不同设置下的电流和电压并描绘曲线图。Pn冷端热端PnPnPn3．移去与制热装置连接的热转换剂，并用带沸水的储水装置代替，测量较热一侧的温度Th=f(t)和较冷的一侧的温度Tc=f(t)随时间t的变化关系。测量外阻和内阻大致相等时的电流和电压。【思考题】1.什么是帕尔帖效应，半导体制冷原理是什么？2.半导体制冷片是怎么做成的？3.半导体制冷制热系统的工作原理是什么？4.半导体制冷与输入电压有什么关系？5.半导体制冷制热系统应用中应该考虑哪些影响因素？