本文参加百家号 #科学了不起#系列征文赛 。
最近因为一个小困扰 ， 从而发现了一个有趣的东西 。
前些日子 ， 在不知不觉中养成了一个早上喝速溶咖啡的习惯 ， 然而冲咖啡需要搅拌 ， 办公室只有杯子 ， 却没有可供搅拌的东西 ， 于是连续几日都是找了一根笔随便和弄了一番 ， 这不太像话 ， 于是上网想要找一个可供搅拌的小勺 ， 却意外发现了一个有趣的杯子 ， 自动搅拌杯 ， 只要向其中注入热水 ， 杯子底部的搅拌器就开始旋转 ， 自动完成搅拌 。
这真是一个有趣的东西 ， 表面上看起来不需要任何能量的输入 ， 难道永动机被发明出来了？当然 ， 我们都知道这是不可能的 ， 因为永动机本质上违反了热力学定律 ， 所以注定不可能存在 。 既然永动机不存在 ， 那么这个杯子就一定有一个能量来源 ， 只是我们没有意识到而已 ， 不过只要想一想就会明白 ， 既然自动搅拌需要注入热水 ， 那么能量的来源就必然与热有关 。
什么样的能源能够让杯子底部的搅拌器自动开始旋转呢？我们首先想到的就是电 ， 有了电 ， 有了热 ， 自然就会想到热电效应 。
说起热电效应的研究 ， 其实还是很有历史的 ， 最早发现热电效应的人是德国的物理学家塞贝克 ， 所以其又称之为塞贝克效应 ， 不过塞贝克当时并没有完全意识到热与电之间的关系 ， 而真正提出热电效应这个说法的人是物理学家奥斯特 。
其实热电效应的原理并不复杂 ， 我们都知道 ， 金属之中是带有电子的 ， 而电子带有负电荷 ， 在一般情况下 ， 电子在金属之中的分布是比较均衡的 ， 但如果我们对金属的一端进行加热 ， 这种均衡就会被打破 。 温度的本质实际上就是粒子运动速度的快慢 ， 所以加热的一端 ， 电子运动的速度自然就会更快 。
【热电效应|这杯子注水后就开始自动搅拌，怎么做到的，莫不是永动机？】在金属受热的一端 ， 由于电子运动速度快 ， 所以电子向周围扩散的速度也就更快 ， 于是热端的一部分电子就会跑到冷端去 ， 这就导致了一个结果 ， 冷的一端电子多 ， 而热的一端电子少 。
所以冷的一端就会带负电 ， 而热的一端则会带正电 ， 金属的两端就出现了一个电势差 。 我们知道 ， 不同的金属 ， 由于材质的不同 ， 所以性质也不同 ， 在加热后所产生的电势差也不同 ， 如果我们将两个不同的金属进行并联 ， 然后在两块金属的一端进行加热 ， 那么两块金属就会产生不同的电势差 ， 于是电流就会从高电势差的金属向低电势差的金属流动 ， 这就是热转化为电的全过程 。 现在我们知道了热可以产生电 ， 那么热到底能够产生多少电呢？
热电效应所能够产生的电与所使用的材料有着直接的关系 ， 通过研究发现 ， 热电效应所能够产生的电能与材料的三个性质息息相关 ， 这三个性质分别为电压、电导率和导热性 。
首先 ， 一个材料在单位温差下所能够产生的电压越大 ， 那么电热效应则越明显 。 其次 ， 材料的导电性也非常重要 ， 如果导电性能不佳 ， 那么则缺乏应用的价值 。 最后 ， 就是导热性了 ， 一个材料的导热性能越差 ， 则越好 。 这是因为如果一个材料的导热性很好 ， 那么在一端加热 ， 另一端很快也会热起来 ， 那么电势差就会消失 ， 反之 ， 如果材料的导热性很差 ， 那么则能够始终保持两端的温度差 ， 进而使电势差得以维持 。 这三个性质综合在一起就被称之为“热电优值” ， 一个材料的热电优值越高 ， 则可用性越好 。
明白了热电效应 ， 现在不用多说 ， 那个自动搅拌杯的原理也已经浮出了水面 。 这个自动搅拌杯全名应该是“温差自动搅拌杯” ， 其就是利用了热电效应来实现注水自动搅拌的 。
其结构其实并不复杂 ， 主要由两部分组成 ， 一部分是热电效应电池 ， 另一部分则是个小型电动机 。 当我们向杯子中注入热水 ， 热电材料上端受热 ， 于是产生电势差 ， 进行产生电流 ， 之后电流被输送给电动机 ， 于是电动机带动搅拌棒开始自动旋转 。 当然了 ， 作为一个手残党 ， 我很有自知之明 ， 所以并没有拆开来看 ， 不过无需拆开 ， 也能明白里面大体就是如此 。 其实电热效应是一个极具潜力的研究项目 ， 除了能够做出这种自动搅拌的小玩意之外 ， 未来还有着更为广泛的应用 ， 比如汽车 ， 我们都知道汽车行驶过程中会产生大量的热能 ， 这些热能都被白白浪费了 ， 如果能够通过热电效应实现循环利用 ， 可能会产生很好的节能效果 。
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