电生热与热生电原理

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电生热与热生电原理

伏打电池诞生以后,科学家们对电的实验增添了丰富的内容。年,英国科学家戴维发现在两根炭棒之间的弧光放电而产生的高温可以熔化金属又有人发现大电流通过金属导体时会使导体发热、发红甚至熔化。这充分说明,电可以生热,也就是说,电能可以转化成热能。

为什么电会生热呢?我们已经知道,金属导体中的电流是自由电子流动形成的。但是自由电子在金属中流动并不很顺利,这是因为金属内部对它的流动有一种阻力(叫做电阻),自由电子为了克服这种阻力,必须消耗一些能量,消耗的能量转化成热能使导体的温度升高,通过的电流越大,或者导体的电阻越大,消耗的电能就越多,导体的温度就越高。电阻炉、电熨斗、电烙铁等都是利用这个原理,选用电阻比较大的导体(如镍铬丝或硅炭棒等),使电能转化成热能来使用。

两根炭棒之间发生弧光放电时,由于产生的炭蒸气的电阻很大,大电流通过时发出很大的热量,温度高于℃。电弧炼钢炉、电焊等,都是利用弧光放电产生的高温来工作的。

那么,热能不能生电呢?早在年,也就是奥斯特发现电生磁现象以后的第三年,德国科学家塞贝克发现,把两根不同的金属导线接成一个环形闭合电路,加热它们的一个接点,就能使靠近金属导线的磁针转动。但是,塞贝克认为这是金属导线被磁化的结果,与电流无关。

塞贝克的新发现,当时叫做塞贝克效应。后来,人们证明了电路接点受热后,确实是产生了电流,才把它叫做热电效应。我们可以来做一个简单的热电效应试验。找一根铜丝和根铁丝用砂纸擦光,把它们的一端紧紧地扭接在一起,另一端接在一个灵敏的电流表上,把扭接的一端放在火上加热时,电流表就有指示数,温度越高电表的指示数就越大。像这样两种结合在一起的一对金属丝叫做热电偶。利用这个原理,可以制成测量火焰温度的高温计。

热电偶为什么能生电呢?这是因为铜与铁紧密接触时,它们的自由电子开始互相往来。但是铜的电子比铁的电子容易跑出来,也就是说,从铜跑向铁的电子比从铁跑向铜的电子多,温度越高,电子运动的速度越快,铁丝上的电子聚集得越多,铁丝与铜丝之间的电压也就越高。当用电流表接通时自由电子在电压的作用下流出来,经过电流表跑回铜丝去。热电偶虽然能生电,但没有引起人们多大的兴趣,因为它产生的电压太低,电流太小,热电转换效率不到0.5%除了在仪表如高温计方面使用外,没有多大用处。

十世纪四十年代以来,半导体技术有了重大发展,人们发现有些半导体的热电效应比以前所用的金属大几十倍,热电转换率也大十多倍。用半导体制成的热偶发电器(也叫做温差发电器),挂在煤油灯罩上,利用煤油灯的热能来发电,可以供给台收音机使用。有的小型热偶发电器,利用手的温度就能发电,可以供给一个小型半导体收音机使用。较大容量热偶发电器可用作通讯设备的电源。




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