迷你小冰箱竟是“核电站”的“远房亲戚”？
今天的故事要从一个小冰箱提起过。
火炎焱燚热的夏天，一个出门儿五分钟就能让人汗流浃背的季节。目的是在炎热的天气里能喝上一罐冰可乐，我花了68元巨资在某宝买了一个迷你冰箱，它不仅仅能制冷，在冬天又能都变成加热时箱。
现在的冰箱都这样主攻的？事出蹊跷必有妖，可冷可热还便宜一点的冰箱，当然不是正经冰箱，要我们好好调查一番！
01
迷你冰箱会不会“正经”冰箱？
咳咳，下面我宣布调查结果：这种冰箱和家里那种冰箱，除此之外名字同一外，他们的冰箱制冷原理不能说是差异显著，只能说毫无关系。其它冰箱的制热原理在这里用不着多说，网上一些五花十色的小冰箱，他们的核心原件是——半导体制冷片。
半导体制冷片长这样：
（图源：wikipedia）
它的结构很简单啊，一块小方片和两根导线。在给冰箱制冷片通电的时候，这个小方片的一面会会发热，另一面则变冷。改变通电方向后，不发热面和制热面也会向左移，按结构半导体制冷片的大型冰箱能制冷也能制热。
（图源：作者自制）
并且半导体制冷片所需的电压也很低，用充电宝就能供电，汽车上的车载冰箱也多为半导体制冷。
半导体压缩机片将两种相同的半导体材料贴合在一起，随即从两种材料各自从中一根导线。在工作时，将导线接通直流电源，热量变会从一种材料传达到另一种材料，表现出来出去应该是一面制冷，一面发热。
这样的现象被一般称珀尔贴效应（Peltiereffect）。这样的效应是在1834年由法国物理学家J.C.A Peltier（珀尔贴）发现的。Peltier原本是一名钟表商，但是在30岁时，他就开始了物理学的实验和观察。他的日常生活不是在阿尔卑斯山上烧开水，测量沸水温度，应该是海边仔细的观察水龙卷，认真思索龙卷风是咋无法形成的。
只不过也恰恰而且那些个但却“无济”的举措，才有一种了许多“有用吗”的科学原理，所以让我们一起说：啊,谢谢珀尔贴！
02
温差电现象三巨头
伴随着物理学的发展日渐体系，科学家们将珀尔贴效应和同时两位科学家突然发现的效应再归纳在一起，通称为温差电现象。现在依靠这三个现象能制造的机器也遍布全世界了，甚至连还有一个飞出地球的（别急，见到后边你就明白具体是什么了）。
03
温差电现象三巨头也是哪些？
珀尔贴效应前边提过了，接着给大家详细介绍塞贝克效应：当两种完全不同的导体再连接成回路，但是两边的材料温度不同时，电路之上会产生电流。这一效应是珀尔贴效应的逆效应。
也就是说拿一个半导体空调制冷片，在两边制造温差（诸如一面贴上冰块，另一面放上保温袋）这种半导体制冷片就变的了一个依靠温度差来发电的发电机。
最后一个现象是汤姆孙效应：当一个修真者的存在温度梯度的均匀导体（一端热一端冷的一截铁丝）中通有电流时，导体会完全吸收或者放出一定的热量。
凭借珀尔贴效应可以制作的半导体制冷片，让我们享不享受到了冰可乐和热奶茶，但发电就要靠塞贝克效应了：温度差+热电转换器=发电机。
二战时期，苏联游击队本欲无线电台没地方充电，而普通的发电机是大块头并且用起来噪声不大。随后他们指派科学家研制出了一种基于塞贝克效应的水壶热电发电机，它看起来和普通的水壶都没什么区别，但它是依靠篝火和水之间最少300度的温差来发电的，而且这一发电机的充电功率能提升到6W。
(图源：pikabu.ru)
再后来，还会出现了借用煤油灯热量发电的TKG-3发电机，大家在晚上燃尽煤油灯就能给收音机充电器。
(图源：pikabu.ru)
04
小巧的“核电站”——RTG
是因为热电发电机本身就没活动部件，皮实耐造的特点让它成了航天界的宠儿。
在参与深空探测任务时，航天器肯定会远离太阳又或者处于阴影区，光照严重点不继且面临低温环境。这样的环境下航天器的电力供应是一个大问题。
可以解决这个问题的叶白放射性同位素热电发生器，是由RTG（RTG:RadioisotopeThermoelectricGenerator）。RTG借用塞贝克效应将放射性同位素β衰变产生的热能转变为电能。
RTG的发电过程分为α衰变热积攒阶段这些温差发电阶段，以有名的RHU/RTG为例：放射性元素（钚-238）α衰变时会释放射线，可以形成射线的高能粒子和周围物质相互作用时被拦阻和吸收掉，这一过程会再产生热量。
装有的装置相当于一个产热相当持久度的热源（能够减弱轻微发热几十年）。有了不持久的热源，RHU/RTG的发电能力也太的持久和比较稳定，它在发电时才能产生的废热又能单独给航天器保温效果，一举两得。
RHU:radioisotopeheatingunit同位素热源
RTG:RadioisotopeThermoelectricGenerator同位素热电发生器
(图源：参考文献1)
直接安装在“旅行者二号”探测器（1977年发射时，在2018年已飞出了太阳风层，蓝月帝国第二个直接进入星际空间的飞行器）上的RTG也稳定啊工作啊了41年，好奇号火星火车和嫦娥四号着陆器上也都都会配备了RTG。
好奇号火星车尾部的RTG
(图源：Wikipedia)
当然，RTG连宇宙的极端环境都能心理暗示法，地球上的极端化环境对它来讲就是小菜一碟了。
在有着太过漫长极夜的北极圈冬季，灯塔的能源供应靠的就是RTG。截止至1992年，美国的军队在北极布好的军事设施也是凭借RTG来进行外部电源。小型化的钚-238电池曾经的还被为了当作心脏起搏器的电池。
不断柔性电路和新材料的出现，借用温差电现象制作的设备性能也将大幅能提高。说不定以后的智能手表借用人体皮肤和空气的温差就还能够能得到消耗很大的电力，或则把柔性高的半导体制热器件种植体植入衣服，就能能够得到一件无畏惧夏天的制冷服。
半导体制冷片
电热热电制冷片（组件）利用帕尔贴（Peltier）效应接受制冷。Peltier效应是指电流是从电热偶时，一个节点会发热，至于一个节点吸热的现象。这是由法国物理学家JeanPeltier在1834年发现到的。
到了1960年500左右，直接出现了依靠N型、P型半导体材料可以制作的空调制冷片。因其体积小、制冷快、寿命长、无噪声等优点而被广泛应用在军事、医疗、实验装置中的制冷。
一片半导体制冷片
为了提高制冷片的效能，通常热电制冷片中中有众多由N、P型半导体横列的制冷小单元。它们排成阵列排列，相互之间电气上是电阻在一起。它们的冷端和热端则是并联在一起，夹两片陶瓷片彼此间并且单独计算。
左：^^一个压缩机单元；^^右：^^串联在一起的冰箱制冷单元阵列
制冷片外部引线具有电源电动势极性，由红、黑两种颜色区分。变化电流方向，就会决定制冷片的吸热和轻微发热表面。
TEC1-12706半导体制冷片
导致制冷片是半导体材料制成，同时又更具热电效应，所以再不使用数字万用表测量制冷片外部引线，是会发现到输出的阻值会在太大范围内变化，而且随着制冷片受热膨胀而巨烈变化。
下图实验没显示当手触到制冷片表面时，数字万用表读得出的阻值不可能发生比较大的变化。
手去摸空调制冷片，影响到空调制冷片两面温度不可能发生变化，令测量电阻变化。完全的原因是制热片有一种电压，以至于数字万用表可以读出的电阻阻值不准确。
真接在用数字万用表也可以测量到冰箱制冷片两边的电压。当在空调制冷面可以使用手掌加热时，空调制冷片输出负电压。当溅射酒精将制热片降温后时，空调制冷片输出正电压。
改变半导体制冷片两边温度会引起输出电压决定极性
制冷片要是这个可以有一种电压，也可以不有一种电流。下图显示可以使用数字万用表的测量电流档对空调制冷片输出电流测量。
将手放进空调制冷片一个表面时，制冷片输出的电流距离1mA70左右。
半导体制冷单元输出电流
呢既然半导体制冷片在有温度差的情况下都能够输出电压和电流，所以我是可以主要是用于发电机组。下图总是显示的是一个可以使用冰箱制冷片发电去给手机充电的系统。
在锅里不宜放置冷水、冰块等。在锅底贴有压缩机片，通过煤气罐从压缩机片底下加热。制热片就会再产生电能供给手机充电了。
发电锅原理
当然了了，上述发电效率是不高的。冰箱制冷片的求实际用途应该作用于制冷。
导致压缩机片热惯量很小，所以我它的制热速度非常快。建议使用红外摄像头仔细制热片在实际电流时的温度变化，看的到在几秒钟之内制热片便提升热调节平衡了。
实验中的空调制冷片工作在外部12V电压下，水流经的电流约3.4A。
红外摄像头下会显示压缩机片在电流时的发热端温度变化
^红外摄像头下显示空调制冷片在电流时的吸热端温度变化
在按照电流时，空调制冷片在冷热两端会出现一定的温度差。如果不是将压缩机片的发热端建议使用散热片接受散热，来会降低热端的温度，这样的会令吸热端的温度也得到了进一步会降低。
下图会显示了按照导热胶粘帖在散热片上的制冷片。
在用导热胶将制冷片剪切粘贴在散热片上
工作在12V，3.4A下的空调制冷片。经由散热器将冰箱制冷片的发热面温度保持在室温，则压缩机黑色物质的温度很快就会都没有达到零下30度。
在制冷表面滴下自来水滴，它迅速就会凝化成冰。
在下图实验中，在水滴中一并加入了两个电极，不使用万用表测量电极之间的电阻。在室温下，水滴中电极之间的电阻最少是100k欧姆500左右，与此同时温度会降低，电阻增加。当水滴凝成成冰时，电极之间的电阻变会向上升到10M欧姆。
水滴中电极电阻紧接着结冰和融解过程的变化曲线
当可以关掉制热片电源，温度迅速下降，冰重新慢慢融化成水滴后，电极两端的电阻然后再返回到100k70左右。那个实验显示水和冰的导电性能相差数很小。
这对制热片上的温度测量，也可以可以使用铂电阻、热电偶、半导体温度传感器并且测量。可以使用普通的二极管也可以不进行测量。
二极管的向这边导通电流与端口电压之间的关系为下面公式所具体描述：
公式中：
上面公式不显示在是一样的电压下温度T越高，流过的电流越小。但实际中二极管的电流曲线和温度的关系更是，随着温度增强，流过的电流就越大，说二极管是一个负温度系数的器件。如下图所示：
1N4148二极管在三种温度下的电压-电流关系
换算二极管我之所以具有导通特性负温度系数，通常原因是在二极管电压电流公式中，反向移动析出电流isn't也与温度有关系，但是与此同时温度的增加而以肉眼可见的速度提升。Is的增加遮住了二极管电压电流公式中指数中的温度T的影响。
参照二极管负温度系数特性，在固定流过二极管电流时（比如流经二极管电流为恒定的1mA），二极管两端的电压则会伴随着温度的会升高而会降低。
下图显示了在五种相同导通电流下1N4148二极管端口电压与温度之间的曲线。总是显示了电压与温度彼此间良好的思想品德的线性关系。用来这个关系可以不凭借大多数的二极管能完成温度的测量。
在有所不同的导通电流下二极管前向电压与温度之间的关系
下面动图总是显示了放进冰箱制冷片上的二极管在通有1mA恒流情况下与此同时温度下降时间会出现的端口电压的变化。在玻璃裸芯片的二极管周围滴有自来水，结果急速降温使得水融化成冰，将二极管冻在制冷片上。
动图总是显示，与此同时温度减低，二极管端口电压向上升。导致电压与温度互相间显现出运动方向线性关系，所以将下面的曲线翻转过来过去看，可以如果说是空调制冷片上表面温度紧接着时间减低的曲线。
二极管导通电压伴随着急速降温过程而再一次发生变化
将上面的二极管需要更换成一个510欧姆的银色金属膜电阻，使用数字万用表测量电阻阻值。
下图不显示随着降温，电阻被到了最后冻结帐户在冰箱制冷片上。电阻的数字最少增强了6欧姆70左右。这种实验结果也的很诧异的。通常情况下，电阻的阻值应该是与此同时温度的会升高而提高，可不知道为甚么在这样的实验中所在用的电阻则是不断温度的降低而提高阻值。
金属膜电阻紧接着温度减少阻值变化曲线
上面实验没显示金属膜电阻的温度系数更加小。
下面是对一个小型铝电解电容的温度实验。电解电容的标称值为10uF/16V。将电容横着在制热片上，用长自来水滴在电容与压缩机片互相以加强传热性能。
伴随着制冷通过，电解电容温度减低并最终被水冻在压缩机片上。电解电容的容值从最初的9.4uF减低到8.2uF。
电解电容紧接着温度减少容量变化曲线
