热电制冷的研究

 一、课题意义及要求

热电制冷又称半导体制冷，它是利用某种半导体材料的热电效应制成的制冷器件，热电效应是指由电流引起的可逆热效应和由温差引起的电效应。热电效应中起主要作用的是帕尔帖效应。

热电制冷没有运动部件，工作没有噪音，不需要工质，冷却速度和温度可以通过调节电流来控制，设备的体积小重量轻。由于这些优点热电制冷广泛应用于医疗，电子仪器、军事、工业、家用电器上。所以研究热电制冷有很好的应用价值，能提高创新能力，开发出许多新产品。

热电制冷的研究涉及到很多物理知识，如热学、电磁学、半导体物理，有很好的综合性知识的应用，能体现学科、专业特点，符合物理学科的理论发展，有一定的学术意义，要求通过本课题的研究，了解热电制冷的机理，设计装置测试热电制冷器件的最佳电流、优质系数，最大制冷系数和最大供热系数。

二、参考文献及资料

[1]黎夏生、熊予莹，电冰箱空调机及各类制冷机原理与维修[M].北京：光明日报出版社1993.32—37.

[2]王云才、李秀燕，大学物理实验教程[M] .北京：科学出版社，2004.26.

[3]李椿、章立源等，热学[M] .北京：人民教育出版社，1979.218.

[4]M.W.泽门斯基，R.H.迪特曼，热学和热力学[M] .北京：科学出版社.

[5]程守洙、江之永，普通物理学[M] .高等教育出版社，1982.108.

[6]胡平亚编，设计性研究性物理实验指导.

三、提供仪器及材料

1、直流电源一台、热电偶温度计2支、数字微伏表2台；

2、热电制冷器一块（ ）特制铝块两片、支架、橡皮管等。

四、开题报告及问题

在做本实验前，研究者必须查阅有关资料，作好研究前的调研工作，对如下问题作好开题前的报告，交教师检查，达到要求后方可进行实验。

1、什么叫帕尔贴效应，P型半导体和N型半导体与金属焊接通直流电，会在接触处产生什么现象，微观机理是什么？

2、热电制冷器是怎么做成的？

3、制冷器的制冷面热负荷由哪几部分组成？

4、帕尔贴吸热量怎样计算？

5、实验数据处理方法中的作图法和最小二乘法对函数有什么要求，二次函数怎样才能线性化？

6、怎样确定出制冷器所流过的最佳电流和制冷器件的优质系数？

7、制冷器的制冷系数是怎样定义的，实验怎样确定制冷器件的最大制冷系数？

8、什么是制冷器的最大供热系数？

9、你打算怎样设计等置来完成本研究课题？

10、你对本研究还存在哪些困惑，打算怎样去探索？

五、课题内容及指标

1、在充分准备的条件下写出研究方案。

2、设计实验装置，安装调试。

3、研究制冷器，冷热两端温度的变化量与制冷器所流过的电流的关系。

4、利用测得的数据画出 ~I曲线找出最大温差所对应的最佳电流。
5、分析制冷面热负荷关系，列出热平衡方程，从理论上导出最佳电流IOK的关系式。

6、假定冷端温度不变时，导出冷热两端温度与工作电流I的函数关系，并作线性化处理。

7、等量地改变电流值，待冷热两端温度稳定后，测出各电流值对应的温度值。

8、设计坐标图，将数据值在坐标图中标点拟合直线，求斜率和截距。

9、根据所得斜率和越距计算最佳电流值和制冷器的优质系数。

10、由所得的优质系数和观测的最大热端及最低冷端温度计算制冷器最大制冷系数和最大供热系数。

六、课题结论及论文

1、阐述本实验的目的和意义。

2、介绍本实验的基本原理。

3、描述实验装置的设计思想。

4、介绍研究的全过程包括实验内容和数据处理方法，最好以课件形式介绍。

5、对实验的结论进行分析研究和讨论。

6、谈谈对本实验的收获体会，提出自己的创见。

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半导体热电特性综合实验仪

了解半导体热敏电阻、pn结的电运输的微观机制及其温度的关系；

了解半导体制冷电堆制冷的原理；

了解半导体热电偶的测温原理；

了解计算机实时采集、处理数据；

测量半导体热敏电阻的电阻-温度曲线；

测量半导体pn结结电阻-温度曲线；

测量制冷电堆的制冷系数和制冷半导体的塞贝克系数；

掌握直接或间接用最小二乘法做一元线性回归，拟合得到热敏电阻的温度系数（热敏指数）和pn结的禁带宽度；

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研究 

本科

选做