热电效应原理

热电效应原理(英语:Thermoelectric effect)是一个由温差产生电压的直接转换,且反之亦然。简单的放置一个热电装置,当他们的两端有温差时会产生一个电压,而当一个电压施加于其上,他也会产生一个温差。这个效应原理可以用来产生电能,测量温度,冷却或加热物体。因为这个加热或制冷的方向决定于施加的电压,热电装置让温度控制变得非常容易。

一般来说,热电的效应原理这个术语包含了三个分别经定义过的效应,赛贝克效应(Seebeck effect,由Thomas Johann Seebeck发现。),帕尔帖效应(Peltier效应,由Jean-Charles Peltier发现。) ,与汤姆森效应(Thomson effect,由威廉·汤姆森发现)。在很多教科书上,热电效应也被称为帕尔帖 – 塞贝克效应(Peltier-Seebeck effect)。它同时由法国物理学家让·查尔斯·佩尔蒂(Jean Charles Athanase Peltier)与爱沙尼亚裔德国物理学家托马斯·约翰·塞贝克(Thomas Johann Seebeck)分别独立发现。还有一个术语叫焦耳加热,也就是说当一个电压通过一个阻抗物质上,即会产生热,它是多少有关系的,尽管它不是一个普通的热电效应术语(由于热电装置的非理想性,它通常被视为一个产生损耗的装置)帕尔帖。 – 塞贝克效应与汤姆森效应原理是可逆的,但是焦耳加热不可逆。

蝴蝶效应原理解说

蝴蝶效应原理是说:在上海的上空中的有一只小蝴蝶,扇动了它的翅膀,而扰动了空气。经过很长时间后,可能在美国德州导致一场龙卷风.Butterfly 1以此比喻长时期大范围天气预报往往因一点点微小的因素造成,难以预测的严重后果。微小的偏差是难以避免的,从而使长期天气预报具有不可预测性或不准确性。所谓「差之毫厘,失之千里」, 「一招不慎,满盘皆输」。

A.蝴蝶效应原理的由来

蝴蝶效应原理来源于美国气象学家劳仑次60年代初的发现。1961年冬季的一天,劳仑次(Edward Lorenz)在皇家麦克比型电脑上进行关于天气预报的计算。为了考察一个很长的序列,他走了一条捷径,没有令电脑从头运行,而是从中途开始。他把上次的输出结果资料(输出)直接打入作为计算的初值(输入),但由于一时不慎,他无意间省略了小数点后六位的零头,然后他穿过大厅下楼,去喝咖啡。一小时后,他回来时发生了出乎意料的事,他发现天气变化同上一次的模式迅速偏离,在短时间内,相似性完全消失了。

在1963年,美国气象学家洛伦兹(Lorenz)提出一篇论文,名叫“决定论的非周期流”,里面根据大气运动的规律,建立了一个简化的数学模型(微分方程式),Lorenz经过研究发现,天气预测具有对初始条件的敏感依赖性,也就是初始条件最微小的差异都会导致轨线的行为(即天气)无法准确预测。据此分析,洛伦茨才得出结论说天气的长期预报是不可能的。

1979年12月,洛伦兹(洛伦茨)在华盛顿的美国科学促进会的再一次讲演中提出:一只蝴蝶在巴西扇动翅膀,有可能会在美国的德克萨斯引起一场龙卷风他的演讲和结论给人们留下了极其深刻的印象。从此以后,所谓“蝴蝶效应原理”之说就不胫而走。他说,一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可能在两周后在美国德克萨斯(德克萨斯州)引起一场龙卷风。其原因在于:蝴蝶翅膀的运动,导致其身边的空气系统发生变化,并引起微弱气流的产生,而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应的变化,由此引起连锁反映,最终导致其他系统的极大变化。洛伦兹把这种现象戏称做“蝴蝶效应”,意思即一件测量表面上看来毫无关系,非常微小的事情,可能带来巨大差异的结果全世界的气象预测科学家用人造卫星以及地区探测仪器在某一时刻(此时)搜集各种气候资料放进非常大的最快速电脑试图预测五天内的全球气候变化离此时越来越远预测越不准主要原因有三(1)气候变化的定理相当复杂没有一个公式可随地应用(2)全球各地的气候都互相关连因此无法准确测量各地“此刻”的气候变化(3)以现在最快的电脑还不能放进行复杂的公式在短期内(例如三小时内)预测气候

B.军事和政治领域中的“蝴蝶效应原理”

这是发生在英国查理三世的故事。查理准备与里奇蒙德决一死战,查理叫铁匠去钉自己的马蹄,铁匠弄到第四蹄时,还差两个钉子,便偷偷地敷衍了事。不久,查理和对方交战,忽然马失后蹄,被战马掀倒在地,亨利因此俘虏了查理于是就有了一首民谣:
丢失一个钉子,坏了一只蹄铁;坏了一只蹄铁,折了一匹战马;
折了一匹战马,伤了一位骑士;伤了一位骑士,输了一场战斗;
输了一场战斗,亡了一个帝国。

马蹄铁上一个钉子是否会丢失,本是初始条件的十分微小的变化,但其“长期”效应却是一个帝国存与亡的根本差别。这就是军事和政治领域中的所谓“蝴蝶效应”。

C.混沌理论,世事无常及命运论

世事无常,变化万千。主要是一切事物(有形无形)都以非直线性相互关连。初始条件(initial conditions,因)的极微小差异,可导致极大差异的结果(final results)。就如古德所说:“牵一发可动全身”,“失之毫厘,差之千里”,“一着不慎,满盘皆输“。一个微不足道的动作,或许会改变人的一生。播下一个行动,你将收获一种习惯;播下一种习惯,你将收获一种性格;播下一种性格,你将收获一种命运。

事实上,被科学家用来形象说明混沌理论的蝴蝶效应原理,也存在于我们的人生历程中:一次大胆的尝试,一个灿烂的微笑,一个习惯性的动作,一种积极的态度和真诚的服务,都可以发出生命中意想不到的起点,它能带来的远远不止于一点点喜悦和表面上的报酬。

“蝴蝶的效应原理”之所以令人着迷,令人激动,发人深省,不但在于其大胆的想象力和迷人的美学色彩,更在于其深刻的科学内涵和内在的哲学魅力。混沌理论(即宇宙的形成理论,如大爆炸理论)认为在混沌系统中,初始条件的十分微小的差异,经过累劫,会不断的放大,而产生具极大差异的宇宙模式。许多科幻小说描写如果然人类人能造一架“时光仪器”使时光倒流,回到过去。对过去作非常微小的改变(譬如作了不同决定或者杀了他的祖父)就会产生跟现在完全不同的现在及将来。这就是“蝴蝶效应原理”。[这就是赛斯(Seth)论文集里所说的“由于我们随时都在作决定,不同的决定会产生不同的后果。因此每个人都有无限多的平行世界,同时在进行,每一个世界都对我们产生影响“]

莲花效应的原理

高解析度的电子显微镜利用高能的电子,使科学家能清楚观察微小的结构。在电子显微镜下,发现莲叶表面布满约 5-10 μm 高,相距约 10-15 μm 的微小凸块。这凹凸不平的表面本身又布满直径约为 1nm 的蜡质结晶。这两个主要的特点—蜡质物料和微小而凹凸不平的表面,对于莲花效应原理非常重要。

莲叶上的蜡质物料是疏水性的。疏水性的意思是不「喜欢」水,或者从另一观点看,水不「喜欢」它。因为这个特性,在疏水性的表面上,水分子倾向于聚在一起形成小水珠,这样水分子才能远离疏水性表面而靠近其他水分子。在莲叶面上的蜡质物料具疏水性,导致水珠的形成。这种不喜欢水的作用可以视为一种化学效应。

当水珠与一个表面接触,水珠的形状会因着表面的特性而改变。水可能会在表面上散开,把表面弄湿。这时表面与水面所成的角度较小,一般小于 80o 。这样的表面称为亲水性,意即「喜欢水」。表面与水面所成的角度称为「接触角」。接触角较小,代表水倾向于在表面上散开。另一种情况是水聚在一起形,没有在表面上散开,因此表面保持干爽。这时表面的接触角大于 80o 。如上所述,这样的表面称为疏水性,意即「不喜欢水」。

表面亲水或疏水的成因颇为复杂。对此有兴趣的学生,应注意到不同材料的交会处形成一个界面。我们这里有三种材料:水、空气和表面。因此在 (i) 空气和水之间,(ii) 空气和表面之间,和 (iii) 水和表面之间有三个界面。一个表面是亲水或疏水取决于在这三个界面之中表面张力的大小比例。

在平的疏水表面上加上凸块,便可把它变成超级疏水表面。超级疏水表面的接触角很大 。这是一个物理作用。随着表面变得凹凸不平,水和表面的接触面积减少,水珠变得越来越像球体,更加容易从表面上滚下。所以,疏水性的程度可以透过修改表面的粗糙程度而控制。

有了疏水性与亲水性的概念,让我们回到效应原理的问题上。莲叶表面是超级疏水性的,即接触角非常大,这是因为表面凹凸不平和布满蜡质物料。这样,水几乎不可能在叶子上散开,弄湿叶子,而在叶子上形成球状小水珠。水珠轻轻的附在叶面上,即使叶子有轻微振动,小水珠也会从叶面滚下来。亦由于叶面凹凸不平的结构,污垢物的粒子一般也是轻轻附在叶面上的。随着水珠在叶面上滚动,污垢的粒子也会被带走 ,达到自动清洗的作用。