열전 효과

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열전 효과(熱電效果, thermoelectric effect), 열전 현상(熱電現象)이라고도 하며, 제벡 효과(Seebeck effect), 펠티에 효과(Peltier effect), 톰슨 효과(Thomson effect)의 세 가지 열과 전기의 상관현상을 총칭하여 열전효과라 한다.

해설[편집]

두 종류의 금속선을 접속해서 폐회로를 만들고 그 두 접합부를 서로 다른 온도로 유지하면 회로에 전류가 흐른다. 금속선의 조합에 의해서는 전류의 방향이 변한다. 이 현상은 1821년에 독일의 Seebeck이 실험적으로 발견한 것이므로 제벡효과라 한다. 제벡효과는 회로에 열기전력이 발생하는 것과 관련이 있는 것인데, 두 접합부의 온도차 △T가 작을 때 기전력은 △T에 비례한다. 또 반대로 두 종류의 금속선을 접속해서 전류를 흘리면 접점에서 주울열 이외의 열의 발생 및 흡수가 일어난다.

이 현상은 1834년에 프랑스의 Peltier에 의해 발견되었으므로 펠티에 효과라 한다. 펠티에 효과는 금속 내에 전류가 흐를 때 열류가 함께 흐르고, 양 금속에서 열류가 상등하지 않기 때문에 접속면에서 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 것처럼 보인다고 해석되고 있다. 열의 발생과 흡수는 가역적이어서 한 쪽이 발열하면, 다른 쪽은 흡열하며 전류의 발생을 반대로 하면 열의 발생은 흡수로, 흡수는 발생으로 변한다.

그리고 한 종류의 금속선이라도 선에 온도차가 있으면 전류를 흘렸을 때 선 내에서 주울열 이외에 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 것이 1851년 영국의 Thomson에 의해 발견되었으므로 이 현상을 톰슨효과라 한다. 열역학의 제1, 제2, 제3법칙을 사용하면 위의 세 가지 현상 사이에는 밀접한 관계가 있다는 것이 톰슨에 의해서 명백하게 밝혀졌다.

[참고용어] 열전냉각: 펠티에 효과에서, 전류 값을 크게 하고 도체의 재료, 조합을 적당히 선정해서 접점의 흡열에 의한 냉각작용을 이용한 것. 현재 냉동기 정도의 온도 범위에서밖에 실용되고 있지 않지만, 다단 냉각이 70K까지 냉각하는 방법도 개발되고 있다.

제베크 효과[편집]

제베크 효과는 서로다른 두 금속선 양쪽끝을 접합한다. 그리고 한접점에 가열하게되면 두접점에 온도차가 발생과 전위차가 생기므로 전류가 흐르게 되는 것이다.

펠티에 효과[편집]

펠티에 효과는 열전대에 전류를 흐르게 했을 때, 전류에 의해 발생하는 줄열 외에도 열전대의 각 접점에서 발열 혹은 흡열 작용이 일어난 현상을 말한다. 이렇게 두 금속의 접합점에서 한 쪽은 열이 발생하고, 다른 쪽은 열을 빼앗기는 현상을 이용하여 냉각도 할 수 있고, 가열도 할 수 있으며 이러한 특성 때문에 냉동기나 항온조 제작에 사용된다.

톰슨 효과[편집]

동일한 금속에서 부분적인 온도차가 있을 때 전류를 흘리면 발열 또는 흡열이 일어나는 현상

1. 부(-) Thomson 효과 : 만약 고온에서 저온부로 전류 -> 흡열 ex)Pt,Ni,Fe

2. 정(+) Thomson 효과 : 만약 고온에서 저온부로 전류 -> 발열 ex)Cu,Sb