Thermoelectric Element, Thermoelectric Effect   열전 소자, 열전 효과, 열기전력 효과

(2022-10-10)

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1. 열전 효과 (Thermo-electric Effect)전기와의 관계를 나타내는 효과(제벡효과,펠티에효과,톰슨효과)들을 총칭함


2. 제백 효과 (Seeback Effect)

  ㅇ 두개의 금속 접합점 양단간 온도차에 의해, 접합부에서 기전력 발생 효과
       

     - 2개의 다른 금속의 접합부 온도 구배(기울기)에 기인함
     - 전기 도체를 통한 열(열전도) 및 전하(전기전도)의 동시 유동 현상

  ㅇ 고온부 전자들이 페르미 준위 보다 더 높은 운동에너지를 갖게되어,
     - 저온부로 확산되며 전위차(고온 +,저온 -) 발생

  ㅇ 제백계수 (Seeback Coefficient) : (열기전력) = (제백계수[㎶/K]) x (온도차이)
     - 제백계수가 높을수록 큰 기전력을 얻을 수 있는 양질의 열전소자가 될 수 있음
        . 금속 : 수 [㎶/K], 반도체 : 수백 [㎶/K]

  ㅇ 응용  :  열전대 온도계 등

  ※ 1821년 독일 물리학자 Thomas Johnson Seeback(1770~1831)가 발견


3. 펠티에 효과 (Peltier Effect) 

  ㅇ 두 금속(두체,반도체)의 접점에 전류가 흐를 때, 접합부에서 가열되거나 냉각되는 효과
     - 전류가 흐르는 방향을 반대로하면, 열이 흐르는 방향(열의 흡수 또는 방출)이 바뀜

  ㅇ 금속,반도체 사이에 접촉면을 갖을 때,
     - 금속 도체에서 반도체전자(다수캐리어)가 흘러들어가면, 열 흡수
     - 반도체에서 금속 도체전자가 빠져나가면, 열 방출

  ㅇ 응용  :  펠티에 냉각소자 (Peltier Cooler) 등


4. 톰슨 효과 (Thomson Effect)

  ㅇ 부분적 비 등온인 도체,반도체전류가 흐를 때, 온도차가 있는 부분에서 가열,냉각되는 효과
     - 이때 발생되는 열량은, 전류온도차에 비례적임


5. 열전 효과의 응용, 소자

  ㅇ 열전 소자 (Thermo-electric Element)
     - 열과 전기의 상호 관계로 나타나는 각종 효과를 응용하여 만들어진 소자  

  ㅇ 열전대 (열전쌍) (Thermocouple)
     - 서로다른 2개 금속을 가느다란 선조각화하여, 양끝점을 접속/접합(용접,땜질,선을 꼬음 등)
        . 온도차가 있으면 기전력 발생
           

     - 응용 : 열전대 온도계
        . 양끝 접합점의 온도차에 따라 유기되는 전압(열 기전력)의 원리를 이용
             

     - 특징
        . 제백효과를 이용하여 넓은 범위의 온도 측정 가능
        . 비교적 저렴, 구조 간단, 작은 접점, 전원 불필요, 내구성 우수 등

     - 회로기호 : 

  ㅇ 열전 냉동 (Thermoelectric Cooling)
     - 열전 냉각기(TEC: thermoelectric cooler)는,
        . 펠티에 효과를 적용한 소형 쿨링 소자



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