今天的故事要從一個小冰箱說起。火炎焱燚熱的夏天，一個出門五分鐘就能讓人大汗淋漓的季節。為在炎熱的天氣裡能喝上一罐冰可樂，我花68元巨資在某寶買一個迷你冰箱，它不僅能制冷，在冬天還能變成加熱箱。現在的冰箱都這麼全能的？事出反常必有妖，可冷可熱還便宜的冰箱，肯定不是正經冰箱，必須好好調查一番！
01
迷你冰箱是不是“正經”冰箱？
咳咳，下面我宣佈調查結果：這個冰箱和傢裡那種冰箱，除名字相同外，他們的制冷原理不能說是差異顯著，隻能說毫不相幹。普通冰箱的制冷原理在這裡不必多說，網上那些五花十色的小冰箱，他們的核心原件是——半導體制冷片。
半導體制冷片長這樣：
（圖源：wikipedia）
它的結構很簡單，一塊小方片和兩根導線。在給制冷片通電的時候，這個小方片的一面會發熱，另一面則會變冷。改變通電方向後，發熱面和制冷面也會對調，采用半導體制冷片的小型冰箱能制冷也能制熱。
（圖源：作者自制）
並且半導體制冷片所需的電壓也很低，用充電寶就能供電，汽車上的車載冰箱也多為半導體制冷。
半導體制冷片將兩種不同的半導體材料貼合在一起，接著從兩種材料各自引出一根導線。在工作時，將導線接通直流電源，熱量就會從一種材料傳遞到另一種材料，表現出來就是一面制冷，一面發熱。
這種現象被稱為珀爾貼效應（Peltier effect）。這個效應是在1834年由法國物理學傢J.C.A Peltier（珀爾貼）發現的。Peltier原本是一名鐘表商，不過在30歲時，他開始物理學的實驗和觀察。他的日常生活不是在阿爾卑斯山上燒開水，測量沸水溫度，就是在海邊觀察水龍卷，思考龍卷風是怎麼形成的。
不過也正是因為這些看似“無用”的舉措，才產生許多“有用”的科學原理，所以讓我們一起說：謝謝珀爾貼！
02
溫差電現象三巨頭
隨著物理學的發展日漸完善，科學傢們將珀爾貼效應和另外兩位科學傢發現的效應歸納在一起，統稱為溫差電現象。現在利用這三個現象制造的機器已經遍佈全世界，甚至還有沖出地球的（別急，看到後邊你就知道具體是什麼）。
03
溫差電現象三巨頭都是哪些？
珀爾貼效應前邊提過，接著給大傢介紹塞貝克效應：當兩種不同的導體連接成回路，而且兩邊的材料溫度不同時，電路之中會產生電流。這一效應是珀爾貼效應的逆效應。
也就是說拿一個半導體制冷片，在兩邊制造溫差（比如一面貼上冰塊，另一面放上保溫袋）這個半導體制冷片就變成一個利用溫度差來發電的發電機。
最後一個現象是湯姆孫效應：當一個存在溫度梯度的均勻導體（一端熱一端冷的一截鐵絲）中通有電流時，導體會吸收或者放出一定的熱量。
利用珀爾貼效應制作的半導體制冷片，讓我們享受到冰可樂和熱奶茶，但發電就要靠塞貝克效應：溫度差+熱電轉換器=發電機。
二戰時期，蘇聯遊擊隊苦於無線電臺沒地方充電，而普通的發電機都是大塊頭而且用起來噪聲很大。於是他們委托科學傢研制出一種基於塞貝克效應的水壺熱電發電機，它看起來和普通的水壺沒什麼區別，但它是利用篝火和水之間大約300度的溫差來發電的，並且這一發電機的充電功率能達到6W。
(圖源：pikabu.ru)
後來，還出現利用煤油燈熱量發電的TKG-3發電機，大傢在晚上點燃煤油燈就能給收音機充電。
(圖源：pikabu.ru)
04
小巧的“核電站”——RTG
因為熱電發電機本身沒有活動部件，皮實耐造的特點讓它成航天界的寵兒。
在進行深空探測任務時，航天器可能會遠離太陽或是處於陰影區，光照嚴重不足且面臨低溫環境。這種環境下航天器的電力供應是一個大問題。
解決這個問題的便是放射性同位素熱電發生器，簡稱RTG（RTG: Radioisotope Thermoelectric Generator）。RTG利用塞貝克效應將放射性同位素衰變產生的熱能轉化為電能。
RTG的發電過程分為衰變熱收集階段以及溫差發電階段，以典型的 RHU/RTG為例：放射性元素 （钚-238）衰變時會釋放射線，構成射線的高能粒子和周圍物質相互作用時被阻止和吸收，這一過程會產生熱量。
裝有的裝置相當於一個產熱非常持久的熱源（能夠持續發熱幾十年）。有持久的熱源， RHU/RTG的發電能力也非常的持久和穩定，它在發電時產生的廢熱又能用來給航天器保溫，一舉兩得。
RHU: radioisotope heating unit 同位素熱源
RTG: Radioisotope Thermoelectric Generator 同位素熱電發生器
(圖源：參考文獻1)
安裝在“旅行者二號”探測器（1977年發射，在2018年已飛出太陽風層，成為第二個進入星際空間的飛行器）上的RTG已經穩定工作41年，好奇號火星火車和嫦娥四號著陸器上也都配備RTG。
好奇號火星車尾部的RTG
(圖源：Wikipedia)
當然，RTG連宇宙的極端環境都能夠克服，地球上的極端環境對它來說就是小菜一碟。
在有著漫長極夜的北極圈冬季，燈塔的能源供應靠的就是RTG。截至1992年，美國的軍隊在北極佈置的軍事設施也是利用RTG來進行供電。小型化的钚-238電池曾經還被用來當作心臟起搏器的電池。
隨著柔性電路以及新材料的出現，利用溫差電現象制作的設備性能也將大幅提高。或許以後的智能手表利用人體皮膚和空氣的溫差就能夠得到充足的電力，或者把柔性的半導體制冷器件植入衣服，就能得到一件無懼夏天的制冷服。