金属浴的工作原理

时代的进步是各行各业共同扶持共同进步的结果，生命科学的发展也离不开数学物理化学等老前辈的帮扶。

今天我们以实验室最常见的温控仪器——金属浴为例子，来详细了解一下物理这位老前辈对后辈的恩惠。

先简单介绍一下金属浴的功能，精准控温。

得益于其升降温速度，便携性以及最关键的能自由调节控温数值等方面的优势，金属浴已经在多数领域取代了传统的水浴、冰浴、油浴等温控手段。

那么问题来了，为什么金属浴能快速升降温，保持微小的体积，甚至能随意恒定在某一个温度呢？

事实上，这三个问题都能用同一个答案回答，那就是金属浴的工作原理——热点效应。

由于不同的金属导体具有不同的电子密度，当两种不同的金属体相互接触时，在接触面上的电子就会扩散以消除电子密度的差异，在两块金属的另两个端点形成稳定的电压，电子的扩散速率与接触区的温度成正比。由此产生的电压通常每开尔文温差只有几微伏。 而不同温度的相同金属（或半导体）也具有不同的自由电子密度，所以只要维持金属两端的温差，也能使电子持续扩散，在金属的两个端点形成稳定的电压。反之，电压差也会带来温度变化。

在以下电路中，若电压计两端的温度同为Tr：

    由塞贝克效应产生的电压可以表示成：

    SA和SB是金属A和B的塞贝克系数，T1和T2是两块金属结合处的温度。塞贝克系数取决于温度和材料的分子结构。如果塞贝克系数在实验的温度范围内接近常数，以上方程可以近似成：

    由此，温度与电压之间的关系得到量化方程，前文描述过的三个问题迎刃而解。