Question

【題目】閱讀下面的短文。回答問題：半導體制冷

半導體材料有P型半導體和N型半導體兩種，除了可以用于各種電子元器件外，還可以用作制冷材料，甲圖是一個半導體制冷單元的原理圖，P型半導體和N型半導體的上端和銅片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型半導體經A流向P型半導體，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極方向，使電流方向從P型半導體經A流向N型半導體，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，當它從高能量狀態向低能量狀態運動時放出熱量；從低能量狀態向高能量狀態運動時吸收熱量。

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”，吸收熱量時π為正值，放出熱量π為負值，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”或“箱外”），這就是半導體電冰箱的工作原理；

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

（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）給半導體制冷器提供乙圖所示交流電，當電流為正值時，表示電流方向與甲圖直流電方向相同，當電流為負值時，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 箱外 低于 不能

【解析】

要解答此題需掌握半導體二極管的特點單向通電性，加以運用，通電后有一面是吸熱（制冷），一面是散熱（將吸的熱量散掉）；根據電荷在不同的材料中具有不同的能量，當它從高能量狀態向低能量狀態運動時放出熱量；從低能量狀態向高能量狀態運動時吸收熱量可結合圖甲做出判斷；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；根據乙圖判斷出電流方向，根據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型半導體銅片A流向P型半導體，銅片A會從空氣吸收熱量，應置于冰箱的箱內，從冰箱內吸收熱量，使電冰箱箱內的溫度下降；銅片B會向空氣放出熱量，應置于冰箱的箱外；銅片B會向空氣放出熱量，應置于冰箱箱外，把從箱內吸收的熱量散發掉，達到制冷的目的；

(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向高能量狀態運動時吸收熱量，所以電荷在P型半導體低于N型半導體中的能量；

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

(4)觀察圖乙可知，當電流為正值時，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：