제벡 효과나 페르티에 효과의 이용

 

두 종류의 금속 줄의 끝을 접촉시켜 폐회로를 만들고 한쪽 접점만 열을 가해 온도차를 주면, 그 회로에 전류가 흐른다.

이 현상을 발견한 사람은 독일의 제벡이기 때문에 제벡 효과라고 부른다. 그리고 이 전류를 열전류라고 한다. 열전류가 흐르는 것은 기전력이 회로에 발생했기 때문으로, 이 기전력을 열기전력이라고 한다. 열기전력이 발생하는 원인은 다음과 같을 것으로 생각된다.

일반적으로 금속 속의 자유전자는 그 금속의 종류나 온도에 특유한 에너지로 움직이고 있다.
같은 종류의 금속이라도 고온의 것과 저온의 것을 접촉시키면 전자 에너지가 다르기 때문에 전자가 한쪽으로 이동해 가서 전위차가 생긴다. 이 열기전력에 의해 전류를 흘리는 장치를 열전대(熱電對)라고 한다.

 

열기전력은 금속의 종류와 두 접속점의 온도차에 의해 변하는데 온도차가 클수록 열기전력은 커진다. 열전대는 온도 측정에 널리 이용되고 있다.

흔히 사용되는 것은 동과 콘스탄탄의 조합인 열전대의 저온측은 보온병에 빙수를 넣은 것을 사용하고 고온측은 온도를 측정하려는 곳의 단자가 된다. 그때 발생하는 기전력을 전압계로 조사해서 온도를 잴 수 있는 것이다.

제벡 효과와 반대 현상에 페르티에 효과가 있다. 두 종류의 금속을 접촉시켜 여기에 전류를 흘리면, 전류의 방향에 의해 접촉점에서 열의 흡수 또는 발생이 일어나는 것이다. 이 현상을 발견한 사람은 프랑스의 페르티에였다.

도체 중에서 전하를 운반하는 자유전자는 또한 열을 전하는 역할도 하고 있다.
페르티에 효과에 의한 발열은 가역적(可逆的)으로, 전류의 방향에 따라서 발열되기도 하고 흡열되기도 하는 점이 주울열과 다르다. 또 전류의 2승(乘)이 아니고 1승에 비례하는 점도 주울열과 다르다.

페르티에 효과를 응용해서 물체를 냉각하는 것을 전자냉동 또는 열전냉각(熱電冷却)이라고 한다. 페르티에 효과는 재료에 금속을 쓰기보다도 반도체를 씀으로써 냉동효과가 비약적으로 증대되었다.

전자냉동의 특징은 컴프레서가 없기 때문에 소형경량으로 소음도 없는 것이다. 현재 자동차용 소형냉장고에 응용되고 있는데 금후 그 적용이 더욱 기대된다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 제벡 효과나 페르티에 효과의 이용