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开尔文在海洋科学与工程(开尔文在海洋科学与工程领域的贡献)

来源:www.ascsdubai.com   时间:2023-07-23 12:05   点击:67  编辑:jing 手机版

1. 开尔文在海洋科学与工程领域的贡献

1ook并不是一个常用的英文单词或成语,也没有明确的定义和含义。这可能是一个拼写错误或简写,或者是一个人造词或个人用语。

解释原因:

该单词没有被收录在任何官方英文词典中,也没有被普遍使用,因此无法确定其确切的含义和用法。可能是某个特定群体或地区使用的俚语或习惯用语,或者是拼写错误或打字错误。

内容延伸:

如果确实想要了解某个单词的含义或用法,可以尝试借助各种英语工具和资源,如在线字典、翻译软件、语料库等。此外,还可以在语言论坛或社交媒体上询问其他人的看法或解释。

具体步骤:

1. 在线查询:可以使用各种在线词典、翻译软件或搜索引擎来尝试寻找该单词的含义和用法,例如Merriam-Webster、Oxford或Google。

2. 了解背景:如果该单词是一种俚语或特定群体的用语,可以尝试了解其所属的文化或社交背景,以便更好地理解其含义和用法。

3. 提问求助:如果无法找到确切的解释,可以向其他人寻求帮助,例如在英语论坛、社交媒体、问答网站等发帖询问,向英语教师或其他专业人士咨询。

2. 开尔文在海洋科学与工程领域的贡献和贡献

NO.25 日冕

日冕是太阳大气的最外层,厚度达到几百万公里以上。日冕层的温度比太阳表面的温度还要高,太阳表面的温度大约是5800开尔文,而日冕的温度已经达到了灼热的3千万开尔文,对此科学家也没有合理的解释。

NO.24 动物迁徙

几乎所有的动物都会以群组为单位进行大迁徙,例如鸟类、哺乳类、鱼、爬行类和昆虫类。令科学家困惑不解的是,为什么这么大规模的迁徙途中并没有出现迷路的现象,这其中的奥秘还有待探究。

NO.23 陶斯之声

多年以来,美国新墨西哥州小城市陶斯的部分居民和访客一直被沙漠空气中一种微弱的低频噪声所困扰。奇怪的是,只有大约2%的陶斯居民说自己听见了这种声音。有些人认为它产生于特殊的声学作用,也有些人怀疑这是集体幻觉或是某种神秘邪恶行为的产物。不管人们形容这种声响还是呼呼声、嗡嗡声还是咝咝声,也不管它究竟是心理作用、自然产物还是超自然产物,至今还没人能找到它的来源。

NO.22 帕劳水母湖

帕劳水母湖位于帕劳群岛其中一座岩岛埃尔·马尔克,湖中数种水母聚生,在接近中午时会浮到水面上进行光合作用,一闪一闪地泛着金光,耀眼又壮观。 每天都有上百万只水母在迁徙途中经过这里,但惟独1998至2000年间没有一只水母出现在湖里,科学家对此也并无合理解释。

NO.21 大冰盘

据美国媒体27日报道,美国退休工程师罗格林前往北达科他州俾斯麦附近打猎时,在夏延河上发现一个令人叹为观止的奇景:直径约为17米的大冰盘。

俾斯麦市国家气象局科学家葛斯特表示,大冰盘的形成是因为法哥市附近的低温和冷气团,使河面的水结成小冰块,但因为小冰块是逐渐形成,再加上潮水的流向,构成旋转的大冰盘。

NO.20 大脚怪

几十年当中,美国各地都不时有目击者声称自己看到了人称“大脚”的巨型多毛人形野兽。尽管目击者口中的“大脚”数以千计、足以构成一个繁殖种群,人们却连一具尸体也未曾找到,“大脚”存在的依据只是证人目击以及模糊不清的照片和录像,科学也不能证明“大脚”和尼斯湖怪兽之类的东西不存在。也有可能,这些神秘莫测的生物的确潜藏在人们好奇视线之外的远处。

NO.19 土星上的飓风

美国航空局的卡西尼太空船日前传回了一组在土星北极拍摄到的飓风图景,光是暴风眼直径便达2000多公里,是地球上飓风的20倍,外围气流时速更高达530公里。靠着土星北极强大的水气支撑,这朵玫瑰飓风已经存活了许多年。科学家研究,地球与土星上飓风的相同之处在于飓风中心都不会有云层,而飓风中心外墙由运行速度高的云层形成。而不同之处是土星上的飓风不论直径或运行速度都比起地球上的飓风大且快很多,但却不太容易移动,而是停滞在土星的北极圈生存。

NO.18 帝王蝶大迁徙

每年秋天,大约有2.5亿只帝王蝶飞越北美,以争取在第一次霜冻前抵达墨西哥。但是,一只帝王蝶根本无法独立完成从遥远的北方飞到墨西哥然后再返回的整个迁徙过程。通常是数代帝王蝶在接力完成一只帝王蝶根本无法完成的任务。这也就意味着中途踏上迁徙旅程的帝王蝶是第一次参加这场活动,然而它们却并不会迷路。科学家们提出了许多猜想,但并未得到证实。

NO.17 动物雨

鱼、青蛙和鸟都可以和雨一同降下来。有时降落下来的动物还是活的,但其它情况下,它们要么被冻死要么被摔死。从加利福尼亚到英国再到印度,不断出现有关动物雨的报道:一些小动物,例如鱼、青蛙和蛇偶尔会出人意料地从空中落下,有时候是在离水域数公里远的地方。科学家解释说,动物雨可能是龙卷风造成的。在湖泊或海洋上方急速旋转的海上龙卷风可能会把水以及水里的一切东西带进云层中。这些暴风云中的强风则携带着卷进来的东西长途穿行,然后一股脑儿的将它们倾倒在毫无准备的人或建筑物之上。但这也是一种猜想。

NO.16 那加火球

每年10月的夜晚,成千上万的观察者聚集在泰国湄公河岸观看从河里出来自发跳出的火球。这些球为淡红色,大小如蛋,它们缓缓从河里升起然后加速上升直至消失,科学家们对此也并没有合理解释。

NO.15 寂静之地

墨西哥的马皮米盆地国家生态保护区内,有一块到今天为止都不曾有人类留下过什么痕迹的陆地——寂静之地。在这片神奇的土地上,纵波形态的电磁波会凭空消失的无影无踪,仿佛整个大地都能够吞噬人类文明的痕迹一般。也正因为此,它才有了“寂静之地”的名字。

NO.14 地震光

地震光是指地震时人们用肉眼观察到的天空发光的现象。其形状有带状光、闪光、柱状光、片状光等,颜色也是多种多样的。低空大气中出现的片状光、弧状光和带状光等多为青白色,地面上冒出的火球、火团则多为红色。科学家对其产生原因有许多种解释,但至今都尚未得到证实。

NO.13 火山光

火山光和地震光类似,只不过是发生在火山爆发前夕。最新的研究表明火山光是由一种天然带有电荷的岩石受刺激后发出火花产生的。

NO.12 月球大小错觉

月球错觉是对出现在低空的月球感觉比在高空时要大的一种光学错觉,这种光学错觉也会出现在太阳和星座上。这种现象在古代就已经知道,并且在许多不同的文化中都有纪录。

NO.11 同步萤火虫

同步萤火虫居住在大烟山国家公园,是美国唯一一类明灭动作完全一致的萤火虫物种。它们每年有几个星期会呈同步状态,原因不得而知。

NO.10 猫的咕噜声

猫的咕噜声应该是动物世界里最神奇的声响了,科学家不仅不确定这种声音的来源,也不确定它的作用何在。

NO.9 座头鲸的歌声

座头鲸的大脑相当发达,比人的大脑要大5倍多,而且很可能是高智力型的。它不仅会歌唱,而且所唱的曲调是动物世界里最复杂的歌,是真正的“乐曲”,这如果将它歌唱的录音加快到数倍速度播放,更是宛嗡动人。它的歌声业已被人们录制成唱片,同古典和现代音乐放在一起供人们欣赏。

NO.8 宇宙起源

百年来,科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天,许多科学家认为,宇宙是由大约137亿年前发生的一次大爆炸形成的。宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起,并浓缩成很小的体积,温度极高,密度极大,瞬间产生巨大压力,之后发生了大爆炸,大爆炸使物质四散出去,宇宙空间不断膨胀,温度也相应下降,后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。而大爆炸之前宇宙是什么样的,我们并不知道。

NO.7 百慕大三角

在百慕大三角这个地区,已有数以百计的船只和飞机失事,数以千计的人在此丧生。从1880到1976年间,约有158次失踪事件,其中大多是发生在1949年以来的30年间,曾发生失踪97次,至少有2000人在此丧生或失踪。这些奇怪神秘的失踪事件,主要是在西大西洋的一片叫“马尾藻海”地区,这儿有世界著名的墨西哥暖流以每昼夜120-190千米流过,且多漩涡、台风和龙卷风。

NO.6 尼斯湖水怪

5“尼斯湖水怪”是英国历史上最富盛名的怪兽,也是地球上最神秘、最吸引人的谜团之一,人们一直对它是否存在争论不休。尼斯湖水怪生活在英国苏格兰尼斯湖,它的形象是蛇颈龙一般的生物。尼斯湖水怪每年都能吸引世界各地的很多游客前往参观,希望能一睹水怪真面目;同时也吸引着许多科学家和探险者的目光,数百年来已经有无数次的搜捕水怪行动,最后都是以失败告终。截止2014年2月,尼斯湖水怪已经一年多没有被看到,或许已经消失了。

NO.5 仙女圈

科学家在非洲南部纳米比亚的荒漠草原中,发现一种被称为“仙女圈”的神秘裸点。这种圆形怪圈的大小从直径6.5英尺到40英尺不等。小圈可存活约24年,而较大圈的“寿命”约有75岁。这些怪圈在草原中自然形成、维持原貌,然后在多年后无缘无故地消失,迄今没有人知道原因。

NO.4 帆船石

由台湾垦丁的社顶公园沿新开辟的道路南下约4公里,在海岸珊瑚礁前缘,可以见到一座巨石矗立于海中,远望似艘即将启航的帆船,因而得名,近看则像美国前总统尼克森的头部。

NO.3 鲸鱼搁浅

每年大约有2千头鲸鱼会自动搁浅,实行集体自杀行为。科学家和生物学家对此有许多不同的解释,但都未得到证实。

NO.2 球状闪电

球状闪电俗称滚地雷,就是一个呈圆球形的闪电球,通常只会维持数秒,火球呈现多种多样的色彩。球状闪电的危害较大,它会随气流的起伏在近地的空中自在飘飞,或逆风而行。它可以穿过开着的门窗进入室内,常见的是穿过烟囱后进入建筑物。它甚至可以在导线上滑动,有时会悬停,有时会无声消失,有时又会碰到障碍物爆炸发出巨响而消失。

NO.1 Hessdalen之光飞碟事件

20世纪40年代及更早之前,挪威的Hessdalen山谷出现了奇特的飞碟之光,有发着白光和黄光的不明飞行物一直悬浮在地表之上。在1981年至1984年之间,这种现象一周就要出现20多次,现在减少到了每年10至20次。没有人直到这种不明飞行物来自何方。

3. 开尔文表述

热力学第三定律m是指当系统趋近于绝对温度零度时,系统等温可逆过程的熵变化趋近于零。

第三定律只能应用于稳定平衡状态,因此也不能将物质看做是理想气体。绝对零度不可达到这个结论称做热力学第三定律。

热力学第一定律是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律,反映了不同形式的能量在传递与转换过程中守恒。

热力学第二定律是热力学基本定律之一。克劳修斯表述为:热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。

开尔文的表述为:不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。

4. 开尔文对热力学的贡献

热力学温度单位开尔文是国际单位制的七个基本单位之一。摄氏度也是国际单位制中的单位,摄氏度与开尔文所表示的温度间隔相等摄氏温度t与热力学温度T的换算关系是 .

T表示开氏温度,t表示摄氏温度。计算公式:T=t+273.15

用开氏表示为273.16k,用摄氏表示为0c,开氏与摄氏的比例是一比一,只要把摄氏度加上273.13即为开氏温度。开尔文(k)=273.15+摄适度(t)

老了不死:开尔文Kelvin热力学温度的单位。简称开,国际代号K,开尔文是国际单位制(SI)中7个基本单位之一,以绝对零度(0K)为最低温度,规定水的三相点的温度.

开氏温标与摄氏温标不同,但每一度的大小是相同的。前者用“T”表示,单位是“. 开氏温标的零度相当于我们常用的摄氏温标-273.15度,换算关系是:T=t+273.15 开氏.

5. 开尔文表述阐明了什么

零开尔文属于热力学第三定律

最后是第三定律“无法退出的游戏”。这里要涉及到绝对零度,即理论上可能达到的最低温度,一般指零开尔文(零下273.15摄氏度或零下459.67华氏度)。第三定律的表述为,当系统达到绝对零度时,分子将停止一切运动,即没动能,熵也能达到理论上的最低值。但现实世界中,即使在宇宙的深处,达到绝对零度也是不可能的。你只能无限地接近所谓的终点。

6. 开尔文勋爵对于海洋科技的贡献

当发现了电磁感应后,产生交流电流的方法就被知晓。早期的发电机由英国人麦可·法拉第(Michael Faraday)与法国人波利特·皮克西(Hippolyte Pixii)等人发明出来。[1]

1882年,英国电工詹姆斯·戈登建造了大型双相交流发电机。开尔文勋爵与塞巴斯蒂安·费兰蒂(Sebastian Ziani de Ferranti)开发早期交流发电机,频率介于100赫兹至300赫兹之间。[1]

1891年,尼古拉·特斯拉取得了高频交流发电机(15000Hz)的专利。[1]

1891年后,多相交流发电机被用来供应电流,此后的交流发电机的交流电流频率通常设计在16赫兹至100赫兹间,搭配弧光灯、白炽灯或电动机使用。[1]

根据电磁感应定律,当导体周围的磁场发生变化,感应电流在导体中产生。通常情况下,旋转磁体称为转子,导体绕在铁芯上的线圈内的固定组,称为定子,当其跨越磁场时,便产生电流。产生交流电的基本机械称为交流发电机。[1]

7. 开尔文在海洋科学与工程领域的贡献有哪些

热电效应所属现代词,指的是当受热物体中的电子(洞),因随着温度梯度由高温区往低温区移动时,所产生电流或电荷堆积的一种现象。

基本信息

中文名热电效应外文名thermo electric effect对象受热物体中的电子

生化反应

热电效应

明矾石Alunite六方晶系KAl3(OH)6(SO4)2为含氢氧根的钾,钠,铝硫酸盐矿物,其解理面呈珍珠光泽,其余的面呈玻璃光泽。硬度3.5~4,条痕白色,比重2.58~2.75,有灰,白,稍黄,稍红等颜色。具强烈的热电效应,不溶于水,几乎不溶于盐酸,硝酸,氢氟酸和氨水等,但能溶于强碱及硫酸或高氯酸。明矾石为不规则矿床及矿脉,大屯山火山群之明矾石成细粒结晶而与石英,蛋白石及粘土矿物共生,有些成脉状,有些交代安山岩中之基质及结晶。金瓜石之明矾石,在矿床及变质围岩中呈粒状或鳞片状产出。为明矾及硫酸钾的来源,另可提炼铝及造纸,食品加工,净水剂,染料等用途。空气负离子技术。

选用具有明显的热电效应的稀有矿物石为原料,加入到墙体材料中,在与空气接触中,可发生极化,并向外放电,起到净化室内空气的作用。

美国科学家发现,鲨鱼鼻子里的一种胶体能把海水温度的变化转换成电信号,传送给神经细胞,使鲨鱼能够感知细微的温度变化,从而准确地找到食物。科学家猜测,其他动物体内也可能存在类似的胶体。这种因温差而产生电流的性质

热电效应

与半导体材料的热电效应类似,人工合成这种胶体,有望在微电子工业领域获得应用。美国旧金山大学的一位科学家在1月30日出版的英国《自然》杂志上报告说,他从鲨鱼鼻子的皮肤小孔里提取了一种与普通明胶相似的胶体,发现它对温度非常敏感,0.1摄氏度的温度变化都会使它产生明显的电压变化。

鲨鱼鼻子的皮肤小孔布满了对电流非常敏感的神经细胞。海水的温度变化使胶体内产生电流,刺激神经,使鲨鱼感知到温度差异。科学家认为,借助这种胶体,鲨鱼能感知到0.001摄氏度的温度变化,这有利于它们在海水中觅食。哺乳动物靠细胞表面的离子通道感知温度:外界温度变化导致带电的离子进出通道,产生电流,刺激神经,从而使动物感知冷暖。与哺乳动物的这种方式不同,鲨鱼利用胶体,不需要离子通道也能感知温度变化。

热电制冷又称作温差电制冷,或半导体制冷,它是利用热电效应(即帕米尔效应)的一种制冷方法。1834年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝,在将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上,通电后,发现一个接头变热,另一个接头变冷。这说明两种不同材料组成的电回路在有直流电通过时,两个接头处分别发生了吸放热现象。这就是热电制冷的依据。

热电制冷

热电效应

半导体材料具有较高的热电势可以成功地用来做成小型热电制冷器。图1示出N型半导体和P型半导体构成的热电偶制冷元件。用铜板和铜导线将N型半导体和P型半导体连接成一个回路,铜板和铜导线只起导电的作用。此时,一个接点变热,一个接点变冷。如果电流方向反向,那么结点处的冷热作用互易。

热电制冷器的产冷量一般很小,所以不宜大规模和大制冷量使用。但由于它的灵活性强,简单方便冷热切换容易,非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场所。热电制冷的理论基础是固体的热电效应,在无外磁场存在时,它包括五个效应,导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。

一般的冷气与冰箱运用氟氯化物当冷媒,造成臭氧层的被破坏。无冷媒冰箱(冷气)因而是环境保护的重要因素。利用半导体之热电效应,可制造一个无冷媒的冰箱。这种发电方法是将热能直接转变成电能,其转变效率受热力学第二定律即柯诺特效率(Carnotefficiency)的限制。早在1822年西伯即已发现,因而热电效应又叫西伯效应(Seebeckeffect).热电的现象如图所示.

它不但与两结温度有关,且与所用导体的性质有关。这种发电法的优点是没有转动的机械部分,不会有磨损现象,故可长久使用,但欲达高效率需要温度很高的热源,有时利用数层热电物质之层叠(cascade或staging)以达高效率的效果.

汤姆逊效应

热电效应

威廉·汤姆逊1824年生于爱尔兰,父亲詹姆士是贝尔法斯特皇家学院的数学教授,后因任教格拉斯哥大学,在威廉8岁那年全家迁往苏格兰的格拉斯哥。汤姆逊十岁便入读格拉斯哥大学,约在14岁开始学习大学程度的课程,15岁时凭一篇题为“地球形状”的文章获得大学的金奖章。汤姆逊后来到了剑桥大学学习,并以全年级第2名的成绩毕业。他毕业后到了巴黎,在勒尼奥的指导下进行了一年实验研究。1846年,汤姆逊再回到格拉斯哥大学担任自然哲学 (即现在的物理学) 教授,直到1899年退休为止。

汤姆逊在格拉斯哥大学创建了第一所现代物理实验室;24岁时发表一部热力学专著,建立温度的“绝对热力学温标”;27岁时发表《热力学理论》一书,建立热力学第二定律,使其成为物理学基本定律;与焦耳共同发现气体扩散时的焦耳-汤姆逊效应;历经9年建立欧美之间永久大西洋海底电缆,由此获得“开尔文勋爵”的贵族称号。

汤姆逊一生研究范围相当广泛,他在数学物理、热力学、电磁学、弹性力学、以太理论和地球科学等方面都有重大的贡献。撇开这些不谈,回到“汤姆逊效应”这个主题上来。在介绍汤姆逊效应之前,还是先介绍一下前人所做的工作。

1821年,德国物理学家塞贝克发现,在两种不同的金属所组成的闭合回路中,当两接触处的温度不同时,回路中会产生一个电势,此所谓“塞贝克效应”。1834年,法国实验科学家帕尔帖发现了它的反效应:两种不同的金属构成闭合回路,当回路中存在直流电流时,两个接头之间将产生温差,此所谓珀尔帖效应。1837年,俄国物理学家愣次又发现,电流的方向决定了吸收还是产生热量,发热(制冷)量的多少与电流的大小成正比。

1856年,汤姆逊利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析,并将本来互不相干的塞贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。汤姆逊认为,在绝对零度时,帕尔帖系数与塞贝克系数之间存在简单的倍数关系。在此基础上,他又从理论上预言了一种新的温差电效应,即当电流在温度不均匀的导体中流过时,导体除产生不可逆的焦耳热之外,还要吸收或放出一定的热量(称为汤姆孙热)。或者反过来,当一根金属棒的两端温度不同时,金属棒两端会形成电势差。这一现象后叫汤姆孙效应(Thomson effect),成为继塞贝克效应和帕尔帖效应之后的第三个热电效应(thermoelectric effect)。

汤姆逊效应是导体两端有温差时产生电势的现象,帕尔帖效应是带电导体的两端产生温差(其中的一端产生热量,另一端吸收热量)的现象,两者结合起来就构成了塞贝克效应。汤姆逊效应的物理学解释是:金属中温度不均匀时,温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大。像气体一样,当温度不均匀时会产生热扩散,因此自由电子从温度高端向温度低端扩散,在低温端堆积起来,从而在导体内形成电场,在金属棒两端便引成一个电势差。这种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止。

汤姆逊效应因为产生的电压极其微弱,至今尚未发现实际应用。查找资料时发现,除了威廉·汤姆逊外,另有一个同名的英国物理学家约瑟夫·汤姆逊(Joseph John Thomson,1856-1940),他证明了阴极射线实际上是电子束。

珀尔帖效应

热电效应

两种不同的金属构成闭合回路,当回路中存在直流电流时,两个接头之间将产生温差。这就是珀尔帖效应(PeltierEffect)。也许大家还记得前面曾经介绍过的塞贝克效应(也叫热电效应,温差使两种金属的结合处产生电势),帕尔帖效应可以视为塞贝克效应的反效应。通常将塞贝克效应称为热电第一效应,帕尔帖效应称作热电第二效应,后面即将介绍的汤姆逊效应则称作热电第三效应。

帕尔帖效应是法国科学家珀尔帖于1834年发现的,所以,一提到帕尔帖的名字,人们很容易将他与帕尔帖效应联系起来,并误以为他是一个物理学家,实际上他至多算个业余的物理学家。

帕尔帖生于法国索姆,他本来是一个钟表匠,30岁那年放弃了这个职业,转而投身到实验与科学观测领域之中。在他撰写的大量论文中,绝大部分都是关于自然现象的观测,譬如天电、龙卷风、天空蓝度测量与光偏振、球体水温、极地沸点等,也有少量博物学方面的论文。1837年,俄国物理学家愣次(Lenz,1804~1865)发现,电流的方向决定了吸收还是产生热量,发热(制冷)量的多少与电流的大小成正比,比例系数称为“帕尔帖系数”。

Q=л·I=a·Tc·I,其中л=a·Tc

式中:Q——放热或吸热功率

π——比例系数,称为珀尔帖系数

I——工作电流

a——温差电动势率

Tc——冷接点温度

帕尔帖效应发现100多年来并未获得实际应用,因为金属半导体的珀尔帖效应很弱。直到上世纪90年代,原苏联科学家约飞的研究表明,以碲化铋为基的化合物是最好的热电半导体材料,从而出现了实用的半导体电子致冷元件——热电致冷器(ThermoElectriccooling,简称TEC)。

热电致冷器

热电效应

TEC套件(图示)(TEC+直流电源),可作为CPU和GPU的散热器与风冷和水冷相比,半导体致冷片具有以下优势:(1)可以把温度降至室温以下;(2)精确温控(使用闭环温控电路,精度可达±0.1℃);(3)高可靠性(致冷组件为固体器件,无运动部件,寿命超过20万小时,失效率低);(4)没有工作噪音。

TEC基本工作过程:当一块N型半导体和一块P型半导体结成电偶时,只要在这个电偶回路中接入一个直流电源,电偶上就会流过电流,发生能量转移,在一个接点上放热(或吸热),在另一个接点上相反地吸热(或放热)。对帕尔帖效应的物理解释是: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运动时,便释放出多余的能量;相反,从低能级向高能级运动时,从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。

在TEC制冷片中,半导体通过金属导流片连接构成回路,当电流由N通过P时,电场使N中的电子和P中的空穴反向流动,他们产生的能量来自晶格的热能,于是在导流片上吸热,而在另一端放热,产生温差。帕尔帖模块也称作热泵(heatpumps),它既可以用于致热,也可以致冷。半导体致冷片就是一个热传递工具,只要热端(被冷却物体)的温度高于某温度,半导体制冷器便开始发挥作用,使得冷热两端的温度逐渐均衡,从而起到致冷作用。

热电制冷又称作温差电制冷,或半导体制冷,它是利用热电效应(即帕米尔效应)的一种制冷方法。

1834年法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝,在将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上,通电后,发现一个接头变热,另一个接头变冷。这说明两种不同材料组成的电回路在有直流电通过时,两个接头处分别发生了吸放热现象。这就是热电制冷的依据。

半导体材料具有较高的热电势可以成功地用来做成小型热电制冷器。型半导体和P型半导体构成的热电偶制冷元件。用铜板和铜导线将N型半导体和P型半导体连接成一个回路,铜板和铜导线只起导电的作用。此时,一个接点变热,一个接点变冷。如果电流方向反向,那么结点处的冷热作用互易。

热电制冷器的产冷量一般很小,所以不宜大规模和大制冷量使用。但由于它的灵活性强,简单方便冷热切换容易,非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场所。

发现历史

热电效应

托马斯·约翰·塞贝克(也有译做“西伯克”)1770年生于塔林(当时隶属于东普鲁士,现为爱沙尼亚首都)。塞贝克的父亲是一个具有瑞典血统的德国人,也许正因为如此,他鼓励儿子在他曾经学习过的柏林大学和哥廷根大学学习医学。1802年,塞贝克获得医学学位。由于他所选择的方向是实验医学中的物理学,而且一生中多半时间从事物理学方面的教育和研究工作,所以人们通常认为他是一个物理学家。

毕业后,塞贝克进入耶拿大学,在那里结识了歌德。德国浪漫主义运动以及歌德反对牛顿关与光与色的理论的思想,使塞贝克深受影响,此后长期与歌德一起从事光色效应方面的理论研究。塞贝克的研究重点是太阳光谱,他在1806年揭示了热量和化学对太阳光谱中不同颜色的影响,1808年首次获得了氨与氧化汞的化合物。1812年,正当塞贝克从事应力玻璃中的光偏振现象时,他却不晓得另外两个科学家布鲁斯特和比奥已经抢先在这一领域里有了发现。

1818年前后,塞贝克返回柏林大学,独立开展研究活动,主要内容是电流通过导体时对钢铁的磁化。当时,阿雷格(Arago)和大卫(Davy)才发现电流对钢铁的磁化效应,贝塞克对不同金属进行了大量的实验,发现了磁化的炽热的铁的不规则反应,也就是现在所说的磁滞现象。在此期间,塞贝克还曾研究过光致发光、太阳光谱不同波段的热效应、化学效应、偏振,以及电流的磁特性等等。

1820年代初期,塞贝克通过实验方法研究了电流与热的关系。1821年,塞贝克将两种不同的金属导线连接在一起,构成一个电流回路。他将两条导线首尾相连形成一个结点,他突然发现,如果把其中的一个结加热到很高的温度而另一个结保持低温的话,电路周围存在磁场。他实在不敢相信,热量施加于两种金属构成的一个结时会有电流产生,这只能用热磁电流或热磁现象来解释他的发现。在接下来的两年里时间(18222~1823),塞贝克将他的持续观察报告给普鲁士科学学会,把这一发现描述为“温差导致的金属磁化”。

赛贝壳的实验仪器,加热其中一端时,指针转动,说明导线产生了磁场塞贝克确实已经发现了热电效应,但他却做出了错误的解释:导线周围产生磁场的原因,是温度梯度导致金属在一定方向上被磁化,而非形成了电流。科学学会认为,这种现象是因为温度梯度导致了电流,继而在导线周围产生了磁场。对于这样的解释,塞贝克十分恼火,他反驳说,科学家们的眼睛让奥斯特(电磁学的先驱)的经验给蒙住了,所以他们只会用“磁场由电流产生”的理论去解释,而想不到还有别的解释。但是,塞贝克自己却难以解释这样一个事实:如果将电路切断,温度梯度并未在导线周围产生磁场。所以,多数人都认可热电效应的观点,后来也就这样被确定下来了。

原理

由于不同的金属材料所具有的自由电子密度不同,当两种不同的金属导体接触时,在接触面上就会发生电子扩散。电子的扩散速率与两导体的电子密度有关并和接触区的温度成正比。

设导体A和B的自由电子密度为NA和NB,且有NA>NB,电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电,导体B则因获得电子而带负电,在接触面形成电场。这个电场阻碍了电子继续扩散,达到动态平衡时,在接触区形成一个稳定的电位差,即接触电势,其大小可表示为式中eAB(T):为导体A和B的结点在温度T时形成的接触电势;

e:为电子电荷,e=1.6x10-19C;

k:玻尔兹曼常数,k=1.38x10-23J/K;

NA,NB:分别为导体A、B的自由电子密度。

作用

塞贝克效应发现之后,人们就为它找到了应用场所。利用塞贝克效应,可制成温差电偶(thermocouple,即热电偶)来测量温度。只要选用适当的金属作热电偶材料,就可轻易测量到从-180℃到+2000℃的温度,如此宽泛的测量范围,令酒精或水银温度计望尘莫及。现在,通过采用铂和铂合金制作的热电偶温度计,甚至可以测量高达+2800℃的温度。

热电偶的两种不同金属线焊接在一起后形成两个结点,环路电压VOUT为热结点结电压与冷结点(参考结点)结电压之差。因为VH和VC是由两个结的温度差产生的,也就是说VOUT是温差的函数。比例因数α对应于电压差与温差之比,称为Seebeck系数。

8. 开尔文的成就

力学

1、1638年,意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快;并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验,证明了他的观点是正确的,推翻了古希腊学者亚里士多德的观点(即:质量大的小球下落快是错误的);

2、1654年,德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验——马德堡半球实验;

3、1687年,英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律(即牛顿三大运动定律)。

4、17世纪,伽利略通过构思的理想实验指出:在水平面上运动的物体若没有摩擦,将保持这个速度一直运动下去;得出结论:力是改变物体运动的原因,推翻了亚里士多德的观点:力是维持物体运动的原因。同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出:如果没有其它原因,运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。

5、英国物理学家胡克对物理学的贡献:胡克定律;

经典题目:胡克认为只有在一定的条件下,弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比(对)

6、1638年,伽利略在《两种新科学的对话》一书中,运用观察-假设-数学推理的方法,详细研究了抛体运动。17世纪,伽利略通过理想实验法指出:在水平面上运动的物体若没有摩擦,将保持这个速度一直运动下去;同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出:如果没有其它原因,运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。

7、人们根据日常的观察和经验,提出“地心说”,古希腊科学家托勒密是代表;而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”,大胆反驳地心说。

8、17世纪,德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律;

9、牛顿于1687年正式发表万有引力定律;

1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量;

10、1846年,英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈(勒维耶)应用万有引力定律,计算并观测到海王星,1930年,美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。

11、我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖,与现代火箭原理相同;但现代火箭结构复杂,其所能达到的最大速度主要取决于喷气速度和质量比(火箭开始飞行的质量与燃料燃尽时的质量比);俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父,他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。多级火箭一般都是三级火箭,我国已成为掌握载人航天技术的第三个国家。

12、1957年10月,苏联发射第一颗人造地球卫星;1961年4月,世界第一艘载人宇宙飞船“东方1号”带着尤里加加林第一次踏入太空。

13、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。

14、17世纪,德国天文学家开普勒提出开普勒三定律;牛顿于1687年正式发表万有引力定律;1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量(体现放大和转换的思想);1846年,科学家应用万有引力定律,计算并观测到海王星。

 电磁学

15、1785年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律。麦克斯韦通过相关理论算出了静电力常量k的值。

16、1752年,富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是放电的一种形式,把天电与地电统一起来,并发明避雷针。

17、1837年,英国物理学家法拉第最早引入了电场概念,并提出用电场线表示电场。

18、1913年,美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量,获得诺贝尔奖。

19、1826年德国物理学家欧姆(1787-1854)通过实验得出欧姆定律。

20、1911年,荷兰科学家昂尼斯(或昂纳斯)发现大多数金属在温度降到某一值时,都会出现电阻突然降为零的现象——超导现象。

21、19世纪,焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律,即焦耳——楞次定律。

22、1820年,丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转,称为电流磁效应。

23、法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸,反向电流的平行导线则相斥,同时提出了安培分子电流假说;并总结出安培定则(右手螺旋定则)判断电流与磁场的相互关系和左手定则判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向。

24、荷兰物理学家洛仑兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力(洛仑兹力)的观点。

25、英国物理学家汤姆生发现电子,并指出:阴极射线是高速运动的电子流。

26、汤姆生的学生阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素。

27、1932年,美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器能在实验室中产生大量的高能粒子。(最大动能仅取决于磁场和D形盒直径。带电粒子圆周运动周期与高频电源的周期相同;但当粒子动能很大,速率接近光速时,根据狭义相对论,粒子质量随速率显著增大,粒子在磁场中的回旋周期发生变化,进一步提高粒子的速率很困难。

28、1831年英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律。

29、1834年,俄国物理学家楞次发表确定感应电流方向的定律——楞次定律。

30、1835年,美国科学家亨利发现自感现象(因电流变化而在电路本身引起感应电动势的现象),日光灯的工作原理即为其应用之一,双绕线法制精密电阻为消除其影响应用之一。

 热学 光学 相对论

17世纪,荷兰物理学家惠更斯确定了单摆周期公式。周期是2s的单摆叫秒摆。

1621年,荷兰数学家斯涅耳找到了入射角与折射角之间的规律一-折射定律。

1690年,荷兰物理学家惠更斯提出了机械波的波动现象规律- -惠更斯原理。

1801年,英国物理学家托马斯.杨成功地观察到了光的干涉现象。

奥地利物理学家多普勒(1803~ -1853)首先发现由于波源和观察者之间有相对

运动,使观察者感到频率发生变化的现象—多普勒效应(相互接近,f增大。相互

远离,f减少)。

1849 年法国物理学家斐索首先在地面上测出了光速,以后又有许多科学家采用了更精密的方法测定光速,如美国物理学家迈克尔逊的旋转棱镜法。(注意其测量方法)

1887年,德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在,并测定了电磁波的传播速度等于光速。

1894 年,意大利马可尼和俄国波波夫分别发明了无线电报,揭开无线电通信的新篇章。

1864 年,英国物理学家麦克斯韦发表《电磁场的动力学理论》的论文,提出了电磁场理论,预含了电磁波的存在,指出光是-一种电磁波,为光的电磁理论奠定了基础。电磁波是一种横波。

31、1827年,英国植物学家布朗发现悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的现象——布朗运动。

19世纪中叶,由德国医生迈尔、英国物理学家焦尔、德国学者亥姆霍兹最后确定能量守恒定律。

1848年开尔文提出热力学温标,指出绝对零度是温度的下限。指出绝对零度(-273.15℃)是温度的下限。T=t+273.15K

1850年,克劳修斯提出热力学第二定律的定性表述:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,称为克劳修斯表述。次年开尔文提出另一种表述:不可能从单一热源取热,使之完全变为有用的功而不产生其他影响,称为开尔文表述。

1905 年,爱因斯坦提出了狭义相对论,有两条基本原理:

①相对性原理—不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的。

②光速不变原理一不同的惯性参考系中,光在真空中的速度一定是c不变。

爱因斯坦还提出了相对论中的一个重要结论- -质能方程式E=mc2。

物理学晴朗天空上的两朵乌云:

①迈克逊一莫雷实验—相对论(高速运动世界) ;

②热辐射实验一量子论 (微观世界)。

19 世纪和20世纪之交,物理学的三大发现:x射线的发现,电子的发现,放射性同位素的发现。

1900 年,德国物理学家普朗克解释物体热辐射规律提出能量子假说:物质发射或吸收能量时,能量不是连续的,而是一份一份的,每一份就是一个最小的能量单位,即能量子。

激光—被誉为20世纪的"世纪之光"

动量 波粒二象性 原子物理

1913年,丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说,成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱,为量子力学的发展奠定了基础。

1922年,美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对x射线的散射时一康普顿效应,证实了光的粒子性(说明动量守恒定律和能量守恒定律同时适用于微观粒子)

1924年,法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现出波动性。

1927 年美。英两国物理学家得到了电子束在金属晶体上的衍射图案。电子显微镜与光学显微镜相比,衍射现象影响小很多,大大地提高了分辨能力,质子显微镜的分辨本能更高

59、1858 年,德国科学家普里克发现了一-种奇妙的射线- -阴极射线(高速运动的电子流)。

1906 年,英国物理学家汤姆生发现电子,获得诺贝尔物理学奖。

1913年,美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量,获得诺贝尔奖。

1897年,汤姆生利用阴极射线管发现了电子,说明原子可分,有复杂内部结构,并提出原子的枣糕模型。

1909~1911年,英国物理学家卢瑟福和助手们进行了a粒子散射实验,并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10m~15m。1919年,卢瑟福用a粒子轰击核,第一次实现了原子核的人工转变,并发现了质子。预言原子核内还有另一种粒子,被其学生查德威克于1932年在a粒子轰击铍核时发现,由此人们认识到原子核由质子和中子组成。

1885 年,瑞士的中学数学教师巴耳末总结了氢原子光谱的波长规律—巴耳末系。

1913 年,丹麦物理学家波尔最先得出氢原子能级表达式。

1896年,法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象,说明原子核有复杂的内部结构。天然放射现象:有两种衰变(a、β),三种射线(a、β、γ),中y射线是衰变后新核处于激发态,向低能级跃迁时辐射出的。衰变快慢与原子所处的物理和化学状态无关。

1896 年,在贝克勒尔的建议下,玛丽-居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素-钋(Po)镭(Ra)。

1919 年,卢瑟福用a粒子轰击氮核,第一次实现了原子核的人工转变,发现了质子,并预言原子核内还有另-一种粒子-- 中子。

1932 年,卢瑟福学生查德威克于在a粒子轰击铍核时发现中子,获得诺贝尔物理奖。

1934 年,约里奥-居里夫妇用a粒子轰击铝箔时,发现了正电子和人工放射性同位素。

1939 年12月,德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时,铀核发生裂变。

1942年, 在费米。西拉德等人领导下,美国建成第-一个裂变反应堆(由浓缩铀棒、控制棒、中子减速剂、水泥防护层、热交换器等组成)。

1952年, 美国爆炸了世界上第一颗氢弹(聚变反应、热核反应)。人工控制核聚变的一个可能途径是:利用强激光产生的高压照射小颗粒核燃料。

1932 年发现了正电子,1964 年提出夸克模型。

粒子分三大类:

媒介子—传递各种相互作用的粒子,如:光子。

轻子—不参与强相互作用的粒子,如:电子、中微子。

强子—参与强相互作用的粒子,如:重子(质子、中子、超子)和介子,强子由更基本的粒子夸克组成,夸克带电量可能为元电荷。

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