电热效应概述

原理

电热效应与焦耳效应不同

巨电热效应

电热效应概述

电热效应（Electrothermal Effects）

电热效应指的是热电体在绝热条件下，当外加电场引起永久极化强度改变时，其温度将发生变化的现象。它是热释电效应的逆效应。

原理

电介质中出现的热电效应(见热电性)的逆效应。热电体的温度变化时其极化强度会发生变化；另一方面如果在绝热条件下施加外电场来改变热电体的极化强度，则其温度亦会发生变化；后者称为电热效应，类似于顺磁体的绝热去磁（见磁热效应）。绝热去磁是获得1K以下低温的重要方法,利用绝热去极化也可以获得致冷,目前用氯化钾或氧化铷晶体掺杂，可获得由1K附近到mK级致冷。与绝热去磁相比，绝热去极化因为不需要强磁场而只需电场，在技术设备上要简单得多。由热力学知在绝热条件下施加于电介质的外电场改变ΔE时,其温度变化limT→0（ΔS）T=0

式中P为热电系数矢量，с为电场等于零时单位体积电介质的热容量。在低温下с随T3减小很快,因此借助于绝热去极化获得低温的方法十分有效。常用材料有SrTiO3、玻璃陶瓷及有机热电体如PVF及PVF2等。对于铁电体,当其电滞回线具有较窄的形状，即回线面积较小时能产生较大的电热效应，但这类材料电热效应都很小，例如：SrTiO3玻璃陶瓷，在10K时，ΔE为20kV／cm时，可获得30mK的致冷。

其实极化率与温度有关的所有电介质都存在电热效应。现在初步证明，有可能利用铁电体的电热效应得到功率密度很高的热电换能，例如在60赫的电频率下，功率密度达106兆瓦／米2。

电热效应与焦耳效应不同

电热效应与焦耳效应不同。后者是物体中通过电流时引起温度变化的现象，是不可逆的；而前者是外加电场引起热电体的温度变化，是可逆或部分可逆的。但当焦耳效应同电热效应同时存在时，前者可能淹没后者。为此，目前的技术水平只能限制在高电阻率的绝缘材料中应用电热效应。在相变温度附近，电热效应最强。例如：铁电磷酸二氢钾（KDP）在其居里点以上1℃左右环境中，当电场强度达到102kV/m时，其温度变化可达0.1℃。

巨电热效应

电热效应是指对在绝热条件下施加电场能可逆改变材料的温度的现象，该效应与相变非常接近。但过去发现的材料电热效应很弱，不能进入商业应用。英国剑桥大学A. S. Mischenko与合作者，研究发现350nm厚的PbZr0.95Ti0.05O3薄膜在接近居里温度(222℃)时具有巨电热效应(0.48K/V)。该材料有望在电制冷中得到应用。相关研究论文发表在2006年3月3日Science, 311(5765):1270—1271上。