摘 要：学习高中物理时知道热电偶温差现象，特殊半导体材料的温差电现象更明显。高中物理实验室并没有这样现成的演示仪器，本文制作能够实现上述功能的演示仪器，实践效果很好。
关键词：温差发电；通电制冷；教学演示器
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）10-0048-3
1 提出问题
我们在学习高中物理人教版课本选修3-3第七章第四节《温度和温标》的过程中，知道了热电偶温差现象，了解了热电偶温度计的原理。通过上网查阅，发现特殊半导体材料温差现象更明显，已有半导体温差发电片，反之给它通电，在其两面会产生温差，温度低的那边可实现制冷。由于目前学校实验室还没有温差发电、半导体制冷相关的教学仪器，为解决这一问题，我们学生物理实验学习小组决定制作这样的教学教具。
2 制作过程
2.1 所需材料与加工工具
（1）如图1所示，4块TEC1-12706半导体制冷片，尺寸为40*40*5，额定电压12 V，最大工作电流6 A，最大發热功率56 W，最大温差70 ℃。
（2）如图2所示，供电电源1只，温控自动控制器1只。
（3）隔热板1块，尺寸为400*600*15。木板1块，尺寸为500*350*8。
（4）玻璃圆器皿1个，温度传感器1只，微型电风扇1只，散热风扇3只，铝质散热片4块，铝板5块，透明塑料托板4块。
（5）加工工具有钢锯、刨刀、台钳、锤、钳子、手电钻、热融胶枪、激光切割机（1台）、螺丝若干。
2.2 温差发电演示器制作过程
（1）将半导体制冷片用导热胶粘在铝制散热片（40*40*25）上，使带型号字的一面朝外。用长方形木板制成底座，在底座上用螺丝固定1块铝板（100*50*4），将粘有半导体制冷片的铝制散热片导热胶粘在铝板上。将微型电风扇用螺丝也固定在底座上，并用半导体制冷片的两根导线接到微型电风扇的电动机两极上。（图3）
（2）用金属杯盛适量的温水，放置在半导体制冷片上，观察电扇的运转情况：调高水温可以提高电动机的转动速度，增加水量可以增加电动机的转动时间。
2.3 半导体制冷仪器制作过程
（1）用螺丝刀、螺钉、热融胶枪、电烙铁从上到下依次把电风扇、铝质散热片（120*100*25）、半导体制冷片（带型号字的一面朝上）、铝质散热片（60*45*25）固定好，并将电风扇和半导体制冷片并联在一起，整体构成制冰器，如图4所示。
（2）在透明塑料托板（250*200*5）上用激光机切割出2个40*40的方孔，用手电钻在适当位置打小圆孔。把2块半导体制冷片放置在透明塑料托板的2个方孔中，半导体制冷片的两面先用4块相同大小的铝板（100*50*4）覆盖，并把它们夹在两块铝质散热片（200*120*30，180*120*30）之间，通过固定螺丝压紧散热片平面，用螺丝将风扇固定在与半导体制冷片发热面接触的铝质散热片上。在透明塑料托板的边缘打孔制作连接接线柱，把2块半导体制冷片和散热风扇并联到两接线柱上，整体构成制冷器。
（3）用钢锯、激光切割机、热融胶枪等工具将隔热板做成制冷恒温箱（250*170*100，外附白塑料板）。
（4）在塑料底座（500*300*6）一端固定好电源，并用透明塑料板制作的防水盖板封住电源（两侧通风，防止淋水），在防水盖板一端内侧固定温控开关，并将电源、温度传感器连接到温控开关上，整体构成温控供电系统。
（5）通电调试，观察制冷情况
①将制冰器接到温控供电系统，制冰器的制冷散热片倒扣在盛有水的玻璃圆器皿内，通电（不设置温度）降温发现：减少水量可以缩短结冰时间。
②将制冷器接到温控供电系统，制冷器的制冷散热片倒扣在保温盒内，温度传感器感应端放入制冷盒内，通过温控开关设置制冷盒内的温度，通电后观察温度的变化，看是否能达到所预设的温度值。
3 使用效果
3.1 半导体温差发电演示
如图5所示，将一杯热水放在半导体温差发电片上，可以观察到微风扇立即转动，且转速较快，这表明温差发电片输出电能。
3.2 半导体制冰演示
如图6所示，在玻璃圆器皿中加入适量水（室温），制冰器的制冷器散热片放入水中，将温度传感器夹在制冷散热片中。制冰器通电后，温度自动控制器会显示温度传感器的温度值，能够发现温度示数下降很快，三分钟左右散热片上有结冰现象，再过一小段时间，甚至能够发现玻璃器皿都被冰粘住。
3.3 半导体制冷恒温演示
制冷器的制冷散热片倒扣在保温盒内，温度传感器感应端放入保温盒内，通过温控开关设置保温盒内的温度（低于室温5 ℃）。制冷器通电后，能够发现温度示数下降很快，一两分钟温度就会下降至设定温度，然后间隙工作使保温盒内的温度稳定在设定温度。
4 创新之处
（1）温差发电演示器，通过热开水传热发电，带动微风扇转动，其结构简单，操作方便，不受环境因素影响，演示效果好，直观性强。
（2）半导体制冰装置，通电降温快，三分钟水就会结冰；半导体通电制冷恒温箱通电后，箱内温度很快会降低到设定值，并保持不变。不仅演示效果好、直观性强，而且还具有一定的实用价值。
（3）本套教具装置弥补了目前实验室中半导体温差发电及通电制冷教学仪器的不足，不仅能够促进学生加深对物理知识的理解，而且更能够感受到科技的力量，培养学生对科技创新的兴趣。
参考文献：
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