佩尔捷效应的演示

张立凯，姜永恒，何春凤，冯 毅

（吉林大学 物理学院，吉林 长春130021）

1 引 言

1834年法国科学家佩尔捷发现了热电致冷、致热的现象．由N型及P型半导体材料组成的热电元件，当通过直流电流时，因其电流的方向不同，将在热电元件N型及P型半导体材料的结点处产生吸热或放热现象，该现象就称为佩尔捷效应．对佩尔捷效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流．由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级跃迁时释放出多余的能量；相反从低能级向高能级跃迁时将会从外界吸收能量．能量在热电元件交界面处以热的形式吸收或放出．

本文设计了基于单片机的佩尔捷效应演示仪器，该仪器带有LED数码管显示和温度传感器，使学生能直观地看到佩尔捷元件两表面温度的变化过程，而且通过手动改变电流的方向，可以实现温度变化的转换．通过演示可以让学生更好地了解佩尔捷效应．

2 佩尔捷效应演示仪器的设计思想

佩尔捷效应演示仪器是以单片机为核心的智能化的演示装置．仪器的电路框图如图1所示．

2．1 佩尔捷元件介绍

图1 仪器的电路结构框图

采用如图2所示的佩尔捷半导体元件，半导体通过金属导流片连接构成回路，对该元件加以直流电压，当电流由N型半导体到P型半导体时，电场使N中的电子和P中的空穴反向流动，它们产生的能量来自晶格的热能，于是在导流片的上端面吸热，而其下端面……