通常市場上的數(shù)顯溫度計,其傳感器都是熱電阻的,原理就是溫度的變化會使傳感器的阻值呈規(guī)律性的變化,這樣的話,根據(jù)變化的曲線寫好程序就可以顯示出相應(yīng)的溫度了。熱電偶的要復(fù)雜點,涉及到熱電動勢,也就是所謂的塞貝克效應(yīng)。那什么是塞貝克效應(yīng)呢?
托馬斯·約翰·塞貝克(也有譯做“西伯克”)1770年生于塔林(當時隸屬于東普魯士,現(xiàn)為愛沙尼亞首都)。塞貝克的父親是一個具有瑞典血統(tǒng)的德國人,也許正因為如此,他鼓勵兒子在他曾經(jīng)學習過的柏林大學和哥廷根大學學習醫(yī)學。1802年,塞貝克獲得醫(yī)學學位。由于他所選擇的方向是實驗醫(yī)學中的物理學,而且一生中多半時間從事物理學方面的教育和研究工作,所以人們通常認為他是一個物理學家。
1820年代初期,塞貝克通過實驗方法研究了電流與熱的關(guān)系。1821年,塞貝克將兩種不同的金屬導線連接在一起,構(gòu)成一個電流回路。他將兩條導線首尾相連形成一個結(jié)點,他突然發(fā)現(xiàn),如果把其中的一個結(jié)加熱到很高的溫度而另一個結(jié)保持低溫的話,電路周圍存在磁場。他實在不敢相信,熱量施加于兩種金屬構(gòu)成的一個結(jié)時會有電流產(chǎn)生,這只能用熱磁電流或熱磁現(xiàn)象來解釋他的發(fā)現(xiàn)。在接下來的兩年里時間(1822~1823),塞貝克將他的持續(xù)觀察報告給普魯士科學學會,把這一發(fā)現(xiàn)描述為“溫差導致的金屬磁化”。塞貝克確實已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了熱電效應(yīng),但他卻做出了錯誤的解釋:導線周圍產(chǎn)生磁場的原因,是溫度梯度導致金屬在一定方向上被磁化,而非形成了電流??茖W學會認為,這種現(xiàn)象是因為溫度梯度導致了電流,繼而在導線周圍產(chǎn)生了磁場。對于這樣的解釋,塞貝克十分惱火,他反駁說,科學家們的眼睛讓奧斯特(電磁學的)的經(jīng)驗給蒙住了,所以他們只會用“磁場由電流產(chǎn)生”的理論去解釋,而想不到還有別的解釋。但是,塞貝克自己卻難以解釋這樣一個事實:如果將電路切斷,溫度梯度并未在導線周圍產(chǎn)生磁場。所以,多數(shù)人都認可熱電效應(yīng)的觀點,后來也就這樣被確定下來了。
塞貝克效應(yīng)發(fā)現(xiàn)之后,人們就為它找到了應(yīng)用場所。利用塞貝克效應(yīng),可制成溫差電偶(thermocouple,即熱電偶)來測量溫度。只要選用適當?shù)慕饘僮鳠犭娕疾牧?,就可輕易測量到從-180℃到+2000℃的溫度,如此寬泛的測量范圍,令酒精或水銀溫度計*。現(xiàn)在,通過采用鉑和鉑合金制作的熱電偶溫度計,甚至可以測量高達+2800℃的溫度!
熱電偶的兩種不同金屬線焊接在一起后形成兩個結(jié)點,環(huán)路電壓vout為熱結(jié)點結(jié)電壓與冷結(jié)點(參考結(jié)點)結(jié)電壓之差。因為vh和vc是由兩個結(jié)的溫度差產(chǎn)生的,也就是說vout是溫差的函數(shù)。比例因數(shù)α對應(yīng)于電壓差與溫差之比,稱為seebeck系數(shù)。