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【题目】阅读下面的短文。回答问题:半导体制冷

半导体材料有P型半导体和N型半导体两种,除了可以用于各种电子元器件外,还可以用作制冷材料,甲图是一个半导体制冷单元的原理图,P型半导体和N型半导体的上端和銅片A连接,下端分别和铜片B连接后接到直流电源的两端,此时电路的电流方向是从N型半导体经A流向P型半导体,铜片A会从空气吸收热量。铜片B会向空气放出热量,反之,改变直源电源的正负极方向,使电流方向从P型半导体经A流向N型半导体,这时。铜片B会从空气吸收热量,铜片A会向空气放出热量。

半导体中有可以自由移动的电荷。通电时,电荷移动的方向与电流方向相反。由于电荷在不同的材料中具有不同的能量,当它从高能量状态向低能量状态运动时放出热量;从低能量状态向高能量状态运动时吸收热量。

从铜片上吸收(放出)热量的多少可用公式Q=πI表示,其中,I为电流的大小,π称为“帕尔帖系数”,吸收热量时π为正值,放出热量π为负值,π的绝对值不变。

请回答下列问题:

(1)如甲图,若要使一个电冰箱箱内的温度下降,铜片A置于电冰箱_____,铜片B置于电冰箱_____(前两空选填“箱内”或“箱外”),这就是半导体电冰箱的工作原理;

(2)如甲图,电荷在P型半导体_____(选填“高于”或“低于”)N型半导体中的能量;

(3)若将甲图中电源换成交流电源,此时电冰箱_____(选填“能”或“不能”)正常制冷;

(4)给半导体制冷器提供乙图所示交流电,当电流为正值时,表示电流方向与甲图直流电方向相同,当电流为负值时,表示电流方向与乙图直流电方向相反,在丙图上作出铜片B处的Q﹣t图象________

【答案】箱内 箱外 低于 不能

【解析】

要解答此题需掌握半导体二极管的特点单向通电性,加以运用,通电后有一面是吸热(制冷),一面是散热(将吸的热量散掉);根据电荷在不同的材料中具有不同的能量,当它从高能量状态向低能量状态运动时放出热量;从低能量状态向高能量状态运动时吸收热量可结合图甲做出判断;由于交流电源电压较大,且电流方向不断变化,不能直接使用;根据乙图判断出电流方向,根据电流方向与直流电方向相同或相反,判断出热量的变化情况,作出Q-t图象。

(1)由短文提供的信息可知,电路的电路流方向是从N型半导体铜片A流向P型半导体,铜片A会从空气吸收热量,应置于冰箱的箱内,从冰箱内吸收热量,使电冰箱箱内的温度下降;铜片B会向空气放出热量,应置于冰箱的箱外;铜片B会向空气放出热量,应置于冰箱箱外,把从箱内吸收的热量散发掉,达到制冷的目的;

(2)电荷在不同的材料中具有不同的能量,电荷从P流向N,此时吸收热量,而电荷从低能量状态向高能量状态运动时吸收热量,所以电荷在P型半导体低于N型半导体中的能量;

(3)交流电源的电流方向是变化的,这样吸热和放热的状态就会不断改变,不能使吸热的部分恒定保持吸热状态,不能使放热的地方恒定保持放热状态;

(4)观察图乙可知,当电流为正值时,表示电流方向与乙图直流电方向相同,电流为负值时,表示电流方向与乙图直流方向相同相反,在丙图上作出铜片B处的Qt图象如图所示:

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