摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種基于自發(fā)電的溫控杯。通過設(shè)置于杯蓋圓柱槽中的導(dǎo)電靜指針和導(dǎo)電滑動(dòng)刷分別連接杯蓋上的p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體，通過導(dǎo)電滑動(dòng)刷切割磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。杯蓋產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)通過杯體中的半導(dǎo)體傳導(dǎo)至杯底上的導(dǎo)體塊，基于珀耳帖效應(yīng)，導(dǎo)體塊根據(jù)導(dǎo)電滑動(dòng)刷旋轉(zhuǎn)的方向加熱或者冷卻杯子的內(nèi)襯，從而實(shí)現(xiàn)杯內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞：自發(fā)電；溫控杯；珀耳貼效應(yīng)

由于人們工作生活的需要，飲用水通常由便攜式溫控杯來控制，便攜式溫控杯由內(nèi)杯和套杯組成。內(nèi)杯用于盛放水，套杯用于加熱或降溫，套杯將內(nèi)杯完全包圍，可以增大水的受熱面積，減少所用時(shí)間。目前，溫控杯中水的溫度根據(jù)季節(jié)選擇加熱或降溫，因此可以把杯子設(shè)計(jì)為可裝套型，那么套杯就分為加熱套杯和冰鎮(zhèn)套杯，每次使用時(shí)裝上所需要的套杯。

現(xiàn)有溫控杯的加熱或者降溫電源通常來自外接電源，也有一些采用電池加熱的溫控杯，但是，無論哪種方式，對(duì)于野外旅行來說，都不適用，即使是電池加熱也只能使用很短的時(shí)間和次數(shù)。因此，需要設(shè)計(jì)一種能夠自發(fā)電，在野外隨時(shí)可加熱或者降溫的溫控杯。

本設(shè)計(jì)溫控杯由杯蓋1、杯體2和底座3三部分組成。其中，杯蓋通過螺紋和杯體連接，杯體和底座采用活動(dòng)連接方式或固定連接方式連接。如圖1所示，本設(shè)計(jì)的杯蓋包括磁體11以及磁體上方的圓柱槽，其中磁體的外側(cè)面為連接螺紋，圓柱槽由p型半導(dǎo)體一12，絕緣連接質(zhì)13及n型半導(dǎo)體一14組成，p型半導(dǎo)體一和n型半導(dǎo)體一之間通過絕緣連接質(zhì)連接固定，在p型半導(dǎo)體一和n型半導(dǎo)體一的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置導(dǎo)電環(huán)18，在圓柱槽的中心絕緣連接質(zhì)上設(shè)置導(dǎo)電柱體16，導(dǎo)電靜指針15固定連接在n型半導(dǎo)體一內(nèi)側(cè)的導(dǎo)電環(huán)與導(dǎo)電柱體之間，導(dǎo)電滑動(dòng)刷17的一端通過滾動(dòng)軸承19連接在導(dǎo)電柱體上，導(dǎo)電滑動(dòng)刷的另一端與導(dǎo)電環(huán)內(nèi)側(cè)滑動(dòng)連接；磁體11產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)分布在整個(gè)杯蓋周圍，當(dāng)順時(shí)針或逆時(shí)針方向移動(dòng)導(dǎo)電滑動(dòng)刷時(shí)，導(dǎo)電滑動(dòng)刷切割磁力線，當(dāng)導(dǎo)電滑動(dòng)刷在p型半導(dǎo)體一所在的導(dǎo)電環(huán)內(nèi)滑動(dòng)時(shí)，通過p型半導(dǎo)體一，導(dǎo)電滑動(dòng)刷，導(dǎo)電靜指針，n型半導(dǎo)體一形成開路，在p型和n型半導(dǎo)體之間產(chǎn)生感動(dòng)電動(dòng)勢(shì)，并且隨著導(dǎo)滑動(dòng)刷的移動(dòng)方向相反，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的極性相反；當(dāng)導(dǎo)電滑動(dòng)刷在n型半導(dǎo)體一內(nèi)移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電滑動(dòng)刷，導(dǎo)電環(huán)，導(dǎo)電靜指針形成回路，不會(huì)對(duì)外產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

如圖2所示，所述杯體2包括盛裝液體的內(nèi)襯21以及外筒，所述外筒包括p型半導(dǎo)體二23、n型半導(dǎo)體二24以及連接固定p型半導(dǎo)體二和n型半導(dǎo)體二的絕緣介質(zhì)22。所述底座由導(dǎo)體塊和絕熱塊組成（見圖3）。當(dāng)杯蓋、杯體和底座裝配后，杯蓋上的p型半導(dǎo)體一和n型半導(dǎo)體一分別對(duì)應(yīng)杯體上的p型半導(dǎo)體二、n型半導(dǎo)體二對(duì)應(yīng)連接，杯體上的p型半導(dǎo)體二、n型半導(dǎo)體二通過導(dǎo)體快連接并導(dǎo)通，絕緣連接質(zhì)和絕緣介質(zhì)對(duì)應(yīng)連接，位置不對(duì)應(yīng)度小于絕緣連接質(zhì)的寬度。并且當(dāng)導(dǎo)電滑動(dòng)刷在p型半導(dǎo)體一的內(nèi)側(cè)導(dǎo)電環(huán)內(nèi)側(cè)滑動(dòng)時(shí)，p型半導(dǎo)體二、p型半導(dǎo)體一，導(dǎo)電滑動(dòng)刷，導(dǎo)電靜指針，n型半導(dǎo)體一、n型半導(dǎo)體二，導(dǎo)體塊共同構(gòu)成了導(dǎo)電回路，該導(dǎo)電回路電動(dòng)勢(shì)方向取決于導(dǎo)電滑動(dòng)刷的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

圖4所示為珀耳帖效應(yīng)示意圖，當(dāng)n型半導(dǎo)體42與p型半導(dǎo)體44放置在兩個(gè)導(dǎo)體41與43之間，當(dāng)電流方向是從n型半導(dǎo)體到p型半導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體43的溫度會(huì)降低。而當(dāng)電流方向相反時(shí)，導(dǎo)體43的溫度會(huì)升高。

根據(jù)圖4所示珀耳帖效應(yīng)，當(dāng)導(dǎo)電滑動(dòng)刷順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流方向是從n型半導(dǎo)體到p型半導(dǎo)體，導(dǎo)體塊溫度降低，對(duì)杯內(nèi)液體進(jìn)行降溫，反之，導(dǎo)電滑動(dòng)刷逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流為從p型半導(dǎo)體到n型半導(dǎo)體，導(dǎo)體塊溫度升高，對(duì)杯內(nèi)液體進(jìn)行加熱。

本設(shè)計(jì)所述溫控杯結(jié)構(gòu)精巧、操控簡(jiǎn)便，可以在不附加任何外電源的情況下實(shí)現(xiàn)水杯內(nèi)液體加熱或者冷卻，特別適于野外環(huán)境使用。

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作者簡(jiǎn)介：武大為（2001），男，克山縣第一中學(xué)。