●潤(rùn)語(yǔ) 編

炎熱夏天，出門(mén)五分鐘就能讓人大汗淋漓。為了喝上一罐冰可樂(lè)，幾十元就能買(mǎi)一個(gè)迷你冰箱，它不僅能制冷，在冬天還能變成加熱箱。但是這種可冷可熱還便宜的冰箱，真的靠譜嗎？

迷你冰箱是不是“正經(jīng)”冰箱？

這種迷你冰箱和家里的大冰箱，除了名字里都有冰箱外，制冷原理可以說(shuō)毫不相干。迷你冰箱的核心原件是半導(dǎo)體制冷片。

這種半導(dǎo)體制冷片的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單：一塊小方片和兩根導(dǎo)線。在給制冷片通電的時(shí)候，這個(gè)小方片的一面會(huì)發(fā)熱，另一面則會(huì)變冷。改變通電方向后，發(fā)熱面和制冷面也會(huì)對(duì)調(diào)，采用半導(dǎo)體制冷片的小型冰箱能制冷也能制熱。并且半導(dǎo)體制冷片所需的電壓也很低，用充電寶就能供電，汽車(chē)上的車(chē)載冰箱也多為半導(dǎo)體制冷。

半導(dǎo)體制冷片將兩種不同的半導(dǎo)體材料貼合在一起，接著從兩種材料各自引出一根導(dǎo)線。在工作時(shí)，將導(dǎo)線接通直流電源，熱量就會(huì)從一種材料傳遞到另一種材料，表現(xiàn)出來(lái)就是一面制冷，一面發(fā)熱。

半導(dǎo)體制冷片

半導(dǎo)體制冷片的結(jié)構(gòu)

這種現(xiàn)象被稱為珀?duì)栙N效應(yīng)。這種效應(yīng)是在1834年由法國(guó)物理學(xué)家J.C.A·珀?duì)栙N發(fā)現(xiàn)的。珀?duì)栙N原本是一名鐘表商，不過(guò)在30歲時(shí)，他開(kāi)始了物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)和觀察。他的日常生活不是在阿爾卑斯山上燒開(kāi)水，測(cè)量沸水溫度，就是在海邊觀察水龍卷，思考龍卷風(fēng)是怎么形成的。

不過(guò)也正是因?yàn)檫@些看似“無(wú)用”的舉動(dòng)，才產(chǎn)生了許多“有用”的科學(xué)原理。

不 “正經(jīng)”冰箱原理運(yùn)用很廣泛

隨著物理學(xué)的發(fā)展日漸完善，科學(xué)家們將珀?duì)栙N效應(yīng)和另外兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的效應(yīng)歸納在一起，統(tǒng)稱為溫差電現(xiàn)象?，F(xiàn)在利用這三個(gè)現(xiàn)象制造的機(jī)器已經(jīng)遍布全世界。

塞貝克效應(yīng)：當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體連接成回路，而且兩邊的材料溫度不同時(shí)，電路之中會(huì)產(chǎn)生電流。這一效應(yīng)是珀?duì)栙N效應(yīng)的逆效應(yīng)。也就是說(shuō)拿一個(gè)半導(dǎo)體制冷片，在兩邊制造溫差（比如一面貼上冰塊，另一面放上保溫袋），這個(gè)半導(dǎo)體制冷片就變成了一個(gè)利用溫度差來(lái)發(fā)電的發(fā)電機(jī)。

湯姆孫效應(yīng)：當(dāng)一個(gè)存在溫度梯度的均勻?qū)w（一端熱一端冷的一截鐵絲）中通有電流時(shí)，導(dǎo)體會(huì)吸收或者放出一定的熱量。

利用珀?duì)栙N效應(yīng)制作的半導(dǎo)體制冷片，讓我們享受到了冰可樂(lè)和熱奶茶，但發(fā)電要靠塞貝克效應(yīng)：溫度差+熱電轉(zhuǎn)換器=發(fā)電機(jī)。

二戰(zhàn)期間科學(xué)家研制出的一種小型水壺?zé)犭姲l(fā)電機(jī)

二戰(zhàn)時(shí)期，蘇聯(lián)游擊隊(duì)苦于無(wú)線電臺(tái)沒(méi)地方充電，而普通的發(fā)電機(jī)都是大塊頭且用起來(lái)噪聲很大。于是他們委托科學(xué)家研制出了一種基于塞貝克效應(yīng)的水壺?zé)犭姲l(fā)電機(jī)，它看起來(lái)和普通的水壺沒(méi)什么區(qū)別，但它是利用篝火和水之間大約300℃的溫差來(lái)發(fā)電的，并且這一發(fā)電機(jī)的充電功率能達(dá)到6瓦。

小巧的“核電站”

因?yàn)闊犭姲l(fā)電機(jī)本身沒(méi)有活動(dòng)部件，皮實(shí)耐造的特點(diǎn)讓它成了航天界的寵兒。

在進(jìn)行深空探測(cè)任務(wù)時(shí)，航天器可能會(huì)遠(yuǎn)離太陽(yáng)或是處于陰影區(qū)，光照嚴(yán)重不足且面臨低溫環(huán)境。這種環(huán)境下航天器的電力供應(yīng)是一個(gè)大問(wèn)題。

解決這個(gè)問(wèn)題的便是放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器，簡(jiǎn)稱RTG。RTG利用塞貝克效應(yīng)將放射性同位素衰變產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能。

好奇號(hào)火星車(chē)尾部的RTG

RTG的發(fā)電過(guò)程分為衰變熱收集階段以及溫差發(fā)電階段，以典型的 RHU/RTG為例：放射性元素 （钚-238）衰變時(shí)會(huì)釋放射線，構(gòu)成射線的高能粒子和周?chē)镔|(zhì)相互作用時(shí)被阻止和吸收，這一過(guò)程會(huì)產(chǎn)生熱量。有了持久的熱源， RHU/RTG的發(fā)電能力也非常的持久和穩(wěn)定，它在發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的廢熱又能給航天器保溫，一舉兩得。

安裝在“旅行者二號(hào)”探測(cè)器上的RTG已經(jīng)穩(wěn)定工作了45年，好奇號(hào)火星火車(chē)和嫦娥四號(hào)著陸器上也都配備了RTG。所以，RTG連宇宙的極端環(huán)境都能夠克服，地球上的極端環(huán)境對(duì)它來(lái)說(shuō)就是小菜一碟了。

在有著漫長(zhǎng)極夜的北極圈冬季，燈塔的能源供應(yīng)靠的就是RTG。截至1992年，美國(guó)軍隊(duì)在北極布置的軍事設(shè)施也是利用RTG來(lái)進(jìn)行供電的。小型化的钚-238電池曾經(jīng)還被用來(lái)當(dāng)作心臟起搏器的電池。

隨著柔性電路以及新材料的出現(xiàn)，利用溫差電現(xiàn)象制作的設(shè)備性能也將大幅提高。或許以后的智能手表利用人體皮膚和空氣的溫差就能夠得到充足的電力，或者把柔性的半導(dǎo)體制冷器件植入衣服，就能得到一件無(wú)懼夏天的制冷服。