迷你小冰箱竟是“核電站”的“遠房親戚”？

●潤語 編

炎熱夏天，出門五分鐘就能讓人大汗淋漓。為了喝上一罐冰可樂，幾十元就能買一個迷你冰箱，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)很簡單：一塊小方片和兩根導(dǎo)線。在給制冷片通電的時候，這個小方片的一面會發(fā)熱，另一面則會變冷。改變通電方向后，發(fā)熱面和制冷面也會對調(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，汽車上的車載冰箱也多為半導(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，將導(dǎo)線接通直流電源，熱量就會從一種材料傳遞到另一種材料，表現(xiàn)出來就是一面制冷，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)象被稱為珀爾貼效應(yīng)。這種效應(yīng)是在1834年由法國物理學(xué)家J.C.A·珀爾貼發(fā)現(xiàn)的。珀爾貼原本是一名鐘表商，不過在30歲時，他開始了物理學(xué)的實驗和觀察。他的日常生活不是在阿爾卑斯山上燒開水，測量沸水溫度，就是在海邊觀察水龍卷，思考龍卷風(fēng)是怎么形成的。

不過也正是因為這些看似“無用”的舉動，才產(chǎn)生了許多“有用”的科學(xué)原理。

不 “正經(jīng)”冰箱原理運用很廣泛

隨著物理學(xué)的發(fā)展日漸完善，科學(xué)家們將珀爾貼效應(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)在利用這三個現(xiàn)象制造的機器已經(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，電路之中會產(chǎn)生電流。這一效應(yīng)是珀爾貼效應(yīng)的逆效應(yīng)。也就是說拿一個半導(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），這個半導(dǎo)體制冷片就變成了一個利用溫度差來發(fā)電的發(fā)電機。

湯姆孫效應(yīng)：當(dāng)一個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，導(dǎo)體會吸收或者放出一定的熱量。

利用珀爾貼效應(yīng)制作的半導(dǎo)體制冷片，讓我們享受到了冰可樂和熱奶茶，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。

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

二戰(zhàn)時期，蘇聯(lián)游擊隊苦于無線電臺沒地方充電，而普通的發(fā)電機都是大塊頭且用起來噪聲很大。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，它看起來和普通的水壺沒什么區(qū)別，但它是利用篝火和水之間大約300℃的溫差來發(fā)電的，并且這一發(fā)電機的充電功率能達到6瓦。

小巧的“核電站”

因為熱電發(fā)電機本身沒有活動部件，皮實耐造的特點讓它成了航天界的寵兒。

在進行深空探測任務(wù)時，航天器可能會遠離太陽或是處于陰影區(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)是一個大問題。

解決這個問題的便是放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器，簡稱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。

好奇號火星車尾部的RTG

RTG的發(fā)電過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）衰變時會釋放射線，構(gòu)成射線的高能粒子和周圍物質(zhì)相互作用時被阻止和吸收，這一過程會產(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”探測器上的RTG已經(jīng)穩(wěn)定工作了45年，好奇號火星火車和嫦娥四號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)境對它來說就是小菜一碟了。

在有著漫長極夜的北極圈冬季，燈塔的能源供應(yīng)靠的就是RTG。截至1992年，美國軍隊在北極布置的軍事設(shè)施也是利用RTG來進行供電的。小型化的钚-238電池曾經(jīng)還被用來當(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?；蛟S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，就能得到一件無懼夏天的制冷服。