【冰箱工作原理】迷你冰箱真的是“核电站”的“远亲”吗？

今天的故事要从小冰箱开始。

火焰炎热的夏天，出门5分钟就能出汗的季节。为了能在炎热的天气里喝一罐冰可乐，我花了68元在某宝上买了一台迷你冰箱，它不仅可以冷冻，冬天也可以成为加热箱。

现在的冰箱都这么万能吗？事情出了问题，一定要有妖怪，冷但热而便宜的冰箱肯定不是正经的冰箱，所以要好好调查。

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迷你冰箱是“正经”冰箱吗？

咳，下面将公布调查结果。这个冰箱和家里的冰箱除了名字相同外，不能说冷却原理大不相同。只能说完全没有关系。(David Assell，Northern Exposure(美国电视剧)，冷冻名言)普通冰箱的冷却原理在这里就不用说了，互联网上的五彩小冰箱，他们的核心原件是——半导体制冷板。(阿尔伯特爱因斯坦)(美国)。

半导体冷却片长度为：

(图：维基百科)

它的结构很简单，小方块片和两条导线。为冷藏板供电时，这个小方块面发热，另一边变冷。如果改变电气方向，发热面和冷面也能重合，利用半导体冷藏板的小型冰箱也能冷却，还能冷却热量。

另外，半导体制冷板所需的电压也很低，可以用填充物供电，汽车的汽车冰箱也用半导体冷却很多。

半导体冷藏将两种不同的半导体材料粘在一起，然后从两种材料中各引出一个导体。工作时将电线连接到直流电源，热量从一种材料传递到另一种材料，表示制冷和发热。(莎士比亚，温斯顿，电子，电子，电子，电子，电子，电子，电子。

这种现象被称为珍珠贴纸效果(Peltier effect)。这个效果是1834年法国物理学家J.C.A Peltier发现的。Peltier本来是钟祥，但在30岁的时候开始了物理学实验和观察。他的日常生活不是在阿尔卑斯山烧水测量沸水的温度，而是在海边观察水龙头，思考龙卷风是如何形成的。

但是，这些看似“无用”的措施产生了很多“有用”的科学原理，所以一起说“谢谢珍珠贴纸”。

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温差现象三巨头

随着物理学的发展日益完善，科学家们综合了珍珠贴纸效应和其他两位科学家发现的效果，称之为昼夜战争现象。现在这三种现象制造的机器已经遍布全世界，甚至还有冲出地球的机器。(不要着急，看后面就知道具体是什么了。）

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温差电现象三巨头都是怎么样的？

在珍珠贴纸效果前面提到，然后介绍三个贝克效果。也就是说，当两个不同的导体连接在电路上，两边的材料温度不同时，电路中就会产生电流。这个效果是珍珠贴纸效果的反效果。

也就是说，拿着半导体冷藏板，在两边制造温差(比如一边贴冰块，另一边放保温袋)，半导体冷藏板就成了利用温差发电的发电机。

最后一个现象是汤普森效应。当有温度梯度的均匀导体(一端冷的一截铁丝)有电流时，导体会吸收或释放一定的热量。

用珍珠贴纸效果制作的半导体冷藏板享受冰可乐和热奶茶，但发展必须依靠塞贝克效果。温差热电转换器=发电机。

第二次世界大战时，苏联游击队在广播电台没有充电的地方，一般发电机都块头大，噪音大。所以他们委托科学家开发基于塞贝克效应的水壶热电发电机，它和普通水壶没什么区别，但利用篝火和水之间约300度的温差来发电，这台发电机的充电功率可以达到6W。

(桃园：)

之后，还出现了利用煤油灯柱发电的TKG-3发电机，晚上打开煤油灯就可以给收音机充电了。

(桃园：)

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小型“核电站”——RTG

热电发电机本身没有活动部件，因此皮室内组的特征成为了宇宙界的宠儿。

在执行深空探测任务时，飞船可能远离太阳或阴影区域，并且可能会严重缺乏光照，面临低温环境。在这种环境下，飞船的电力供应是个大问题。

解决这个问题的是放射性同位素热电发生器，即RTG :射频等离子体热释电(RTG)。

RTG的发电过程分为衰变热收集阶段以及温差发电阶段，以典型的 RHU/RTG为例：放射性元素 （钚-238）衰变时会释放射线，构成射线的高能粒子和周围物质相互作用时被阻止和吸收，这一过程会产生热量。

装有的装置相当于一个产热非常持久的热源（能够持续发热几十年）。有了持久的热源， RHU/RTG的发电能力也非常的持久和稳定，它在发电时产生的废热又能用来给航天器保温，一举两得。

RHU: radioisotope heating unit 同位素热源

RTG: Radioisotope Thermoelectric Generator 同位素热电发生器

(图源：参考文献1)

安装在“旅行者二号”探测器（1977年发射，在2018年已飞出了太阳风层，成为第二个进入星际空间的飞行器）上的RTG已经稳定工作了41年，好奇号火星火车和嫦娥四号着陆器上也都配备了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够克服，地球上的极端环境对它来说就是小菜一碟了。

在有着漫长极夜的北极圈冬季，灯塔的能源供应靠的就是RTG。截至1992年，美国的军队在北极布置的军事设施也是利用RTG来进行供电。小型化的钚-238电池曾经还被用来当作心脏起搏器的电池。

随着柔性电路以及新材料的出现，利用温差电现象制作的设备性能也将大幅提高。或许以后的智能手表利用人体皮肤和空气的温差就能够得到充足的电力，或者把柔性的半导体制冷器件植入衣服，就能得到一件无惧夏天的制冷服。

来源：科普中国