热电效应，指的是当受热物体中的 电子 （ 空穴 ），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， 这种因温差而产生电流的效应也称为 电卡 效应。 而这个效应的大小则是用称为热电能（thermopower）Q的参数来测量，其定义为 Q=E/dT（E为因电荷堆积产生的 电场 ，dT则是温度梯度）。从原理上说，在热电材料的两端维持一个温差，就能产生 电功率 输出。最早把这种发电模式实用化的国家是 苏联 ，他们在边远地区利用 煤油灯 或木材燃烧作为热源为家用 无线电接收机 供电。
热电效应是电致变温器件研制的理论基础。 总的热电效应是由同时发生的五种不同效应组成。其中塞贝克、珀尔帖和汤姆逊三种效应表明电和 热能 相互转换是直接可逆的，另外两种效应是热的不可逆效应，即 焦耳 和傅里叶效应。
生化反应
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 。 白矾 石为不规则矿床及 矿脉 ， 台湾大屯火山群 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 硫酸铝钾 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 阴离子 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
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。 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
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 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
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， 俄罗斯 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 电压 。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 电压 。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
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， 俄罗斯 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= ATC · 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
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 帕米尔高原 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
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 柏林洪堡大学 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 约翰·沃尔夫冈·冯·歌德 。德国 浪漫主义运动 以及歌德反对 艾萨克·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 柏林洪堡大学 ，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 普鲁士王国 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 汉斯·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 电压 ，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 乙醇 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。