Question

【題目】閱讀下面的短文。回答問題：半導(dǎo)體制冷

半導(dǎo)體材料有P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體兩種，除了可以用于各種電子元器件外，還可以用作制冷材料，甲圖是一個半導(dǎo)體制冷單元的原理圖，P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的上端和銅片A連接，下端分別和銅片B連接后接到直流電源的兩端，此時電路的電流方向是從N型半導(dǎo)體經(jīng)A流向P型半導(dǎo)體，銅片A會從空氣吸收熱量。銅片B會向空氣放出熱量，反之，改變直源電源的正負(fù)極方向，使電流方向從P型半導(dǎo)體經(jīng)A流向N型半導(dǎo)體，這時。銅片B會從空氣吸收熱量，銅片A會向空氣放出熱量。

半導(dǎo)體中有可以自由移動的電荷。通電時，電荷移動的方向與電流方向相反。由于電荷在不同的材料中具有不同的能量，當(dāng)它從高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)運(yùn)動時放出熱量；從低能量狀態(tài)向高能量狀態(tài)運(yùn)動時吸收熱量。

從銅片上吸收（放出）熱量的多少可用公式Q＝πI表示，其中，I為電流的大小，π稱為“帕爾帖系數(shù)”，吸收熱量時π為正值，放出熱量π為負(fù)值，π的絕對值不變。

請回答下列問題：

（1）如甲圖，若要使一個電冰箱箱內(nèi)的溫度下降，銅片A置于電冰箱_____，銅片B置于電冰箱_____（前兩空選填“箱內(nèi)”或“箱外”），這就是半導(dǎo)體電冰箱的工作原理；

（2）如甲圖，電荷在P型半導(dǎo)體_____（選填“高于”或“低于”）N型半導(dǎo)體中的能量；

（3）若將甲圖中電源換成交流電源，此時電冰箱_____（選填“能”或“不能”）正常制冷；

（4）給半導(dǎo)體制冷器提供乙圖所示交流電，當(dāng)電流為正值時，表示電流方向與甲圖直流電方向相同，當(dāng)電流為負(fù)值時，表示電流方向與乙圖直流電方向相反，在丙圖上作出銅片B處的Q﹣t圖象________。

Answer 1

【答案】箱內(nèi) 箱外 低于 不能

【解析】

要解答此題需掌握半導(dǎo)體二極管的特點(diǎn)單向通電性，加以運(yùn)用，通電后有一面是吸熱（制冷），一面是散熱（將吸的熱量散掉）；根據(jù)電荷在不同的材料中具有不同的能量，當(dāng)它從高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)運(yùn)動時放出熱量；從低能量狀態(tài)向高能量狀態(tài)運(yùn)動時吸收熱量可結(jié)合圖甲做出判斷；由于交流電源電壓較大，且電流方向不斷變化，不能直接使用；根據(jù)乙圖判斷出電流方向，根據(jù)電流方向與直流電方向相同或相反，判斷出熱量的變化情況，作出Q-t圖象。

(1)由短文提供的信息可知，電路的電路流方向是從N型半導(dǎo)體銅片A流向P型半導(dǎo)體，銅片A會從空氣吸收熱量，應(yīng)置于冰箱的箱內(nèi)，從冰箱內(nèi)吸收熱量，使電冰箱箱內(nèi)的溫度下降；銅片B會向空氣放出熱量，應(yīng)置于冰箱的箱外；銅片B會向空氣放出熱量，應(yīng)置于冰箱箱外，把從箱內(nèi)吸收的熱量散發(fā)掉，達(dá)到制冷的目的；

(2)電荷在不同的材料中具有不同的能量，電荷從P流向N，此時吸收熱量，而電荷從低能量狀態(tài)向高能量狀態(tài)運(yùn)動時吸收熱量，所以電荷在P型半導(dǎo)體低于N型半導(dǎo)體中的能量；

(3)交流電源的電流方向是變化的，這樣吸熱和放熱的狀態(tài)就會不斷改變，不能使吸熱的部分恒定保持吸熱狀態(tài)，不能使放熱的地方恒定保持放熱狀態(tài)；

(4)觀察圖乙可知，當(dāng)電流為正值時，表示電流方向與乙圖直流電方向相同，電流為負(fù)值時，表示電流方向與乙圖直流方向相同相反，在丙圖上作出銅片B處的Qt圖象如圖所示：