열기전력(thermo-EMF) 및 기술에서의 응용

Thermo-EMF는 고르지 않은 도체가 직렬로 연결된 전기 회로에서 발생하는 기전력입니다.

컨덕터 1과 두 개의 동일한 컨덕터 2로 구성된 가장 간단한 회로는 서로 다른 온도 T1과 T2에서 유지되는 접점이 그림에 나와 있습니다.

와이어 1 끝의 온도 차이로 인해 열접점 근처의 전하 운반체의 평균 운동 에너지는 냉접점 근처보다 더 큰 것으로 밝혀졌습니다. 캐리어는 뜨거운 접점에서 차가운 접점으로 확산되고 후자는 캐리어의 부호에 의해 부호가 결정되는 전위를 얻습니다. 유사한 프로세스가 체인의 두 번째 부분의 분기에서 발생합니다. 이러한 전위의 차이는 열-EMF입니다.

폐쇄 회로에서 접촉하는 금속 와이어의 동일한 온도에서, 접촉 전위차 그들 사이의 경계에서는 회로에 전류를 생성하지 않고 반대 방향의 전자 흐름만 균형을 잡습니다.

접점 간 전위차의 대수적 합을 계산하면 사라진다는 것을 이해하기 쉽습니다. 따라서 이 경우 회로에 EMF가 없습니다. 하지만 접촉 온도가 다르다면 어떨까요? 접점 C와 D가 서로 다른 온도에 있다고 가정합니다. 그럼? 먼저 금속 B에서 나온 전자의 일함수가 금속 A에서 나온 일함수보다 작다고 가정하자.

이 상황을 살펴보겠습니다. 접촉 D에 열을 가합시다. 금속 B의 전자가 금속 A로 전달되기 시작할 것입니다. 왜냐하면 접합부 D에서의 접촉 전위차는 실제로 열 효과로 인해 증가하기 때문입니다. 이는 접촉 D 근처의 금속 A에 더 많은 활성 전자가 있고 이제 화합물 B로 돌진하기 때문에 발생합니다.

화합물 C 근처의 증가된 전자 농도는 접촉 C를 통해 금속 A에서 금속 B로 이동을 시작합니다. 여기에서 금속 B를 따라 전자는 접촉 D로 이동합니다. 그리고 화합물 D의 온도가 접촉에 비해 계속 상승하면 C, 이 폐쇄 회로에서 전자의 방향 이동은 시계 반대 방향으로 유지됩니다. EMF의 존재에 대한 그림이 나타납니다.

이와 같이 이종 금속으로 구성된 폐회로에서 접촉 온도의 차이로 인해 발생하는 EMF를 열기전력 또는 열기전력이라고 합니다.

Thermo-EMF는 두 접점 사이의 온도 차이에 정비례하며 회로를 구성하는 금속 유형에 따라 달라집니다. 이러한 회로의 전기 에너지는 실제로 접점 사이의 온도 차이를 유지하는 열원의 내부 에너지에서 파생됩니다.물론 이 방법으로 얻은 EMF는 매우 작습니다. 금속에서는 마이크로볼트로 측정되며 최대값은 접촉 온도의 1도 차이에 대해 수십 마이크로볼트입니다.

반도체의 경우 열 EMF가 더 많은 것으로 밝혀졌습니다. 반도체 자체의 전자 농도는 온도에 크게 의존하기 때문에 온도 차이 정도당 1 볼트에 도달합니다.

전자 온도 측정의 경우 다음을 사용하십시오. 열전대(열전대)열 EMF 측정 원리에 대해 연구하고 있습니다. 열전쌍은 끝이 함께 납땜된 두 개의 서로 다른 금속으로 구성됩니다. 두 접점(접합부와 자유단) 사이의 온도차를 유지하여 열 EMF를 측정하고 여기서 자유단은 두 번째 접점 역할을 합니다. 장치의 측정 회로는 끝에 연결됩니다.

서로 다른 온도 범위에 대해 서로 다른 금속의 열전대가 선택되며 과학 및 기술에서 온도를 측정하는 데 도움이 됩니다.

초정밀 온도계는 열전대를 기반으로 만들어집니다. 열전대의 도움으로 매우 낮은 온도와 매우 높은 온도를 모두 높은 정확도로 측정할 수 있습니다. 또한 측정의 정확도는 궁극적으로 열-EMF를 측정하는 전압계의 정확도에 달려 있습니다.

그림은 두 개의 접합부가 있는 열전대를 보여줍니다. 한 교차점은 녹는 눈에 잠겨 있고 다른 교차점의 온도는 도 단위로 눈금이 조정된 전압계를 사용하여 결정됩니다. 이러한 온도계의 감도를 높이기 위해 때때로 열전대가 배터리에 연결됩니다. 매우 약한 복사 에너지 플럭스(예: 먼 별에서 오는)도 이 방법으로 측정할 수 있습니다.

실용적인 측정을 위해 철-콘스탄탄, 구리-콘스탄탄, 크로멜-알루멜 등이 가장 많이 사용됩니다. 고온의 경우 백금 및 그 합금이 포함된 증기에 내화 재료에 의존합니다.

열전대의 적용은 널리 받아들여지고 있습니다. 자동 온도 제어 시스템에서 열전대 신호는 전기적이며 특정 가열 장치의 전원을 조정하는 전자 장치로 쉽게 해석할 수 있기 때문에 많은 현대 산업에서 사용됩니다.

회로를 통해 직류를 통과시키면서 접점 중 하나를 가열하는 동시에 다른 접점을 냉각시키는 이 열전 효과(제벡 효과라고 함)의 반대 효과를 펠티에 효과라고 합니다.

두 효과 모두 열전 발전기 및 열전 냉장고에 사용됩니다.자세한 내용은 여기를 참조하십시오.Seebeck, Peltier 및 Thomson 열전 효과 및 그 응용