Seebeck, Peltier 및 Thomson 열전 효과
열전 냉장고 및 발전기의 작동은 열전 현상을 기반으로 합니다. 여기에는 Seebeck, Peltier 및 Thomson 효과가 포함됩니다. 이러한 효과는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하고 전기 에너지를 냉 에너지로 변환하는 것과 관련이 있습니다.
와이어의 열전 특성은 열과 전류 사이의 연결로 인해 발생합니다.
- 제벡 효과 — 출현 열 EMF 섹션의 온도가 다른 고르지 않은 와이어 체인에서;
- 펠티에 효과 - 직류가 통과할 때 서로 다른 두 도체의 접촉에서 열을 흡수하거나 방출합니다.
- 톰슨 효과 - 극을 통과할 때 도체 부피의 열 흡수 또는 방출(슈퍼 줄), 온도 구배가 있는 전류.
Seebeck, Peltier 및 Thompson 효과는 운동 현상 중 하나입니다. 그들은 전하와 에너지의 이동 과정과 관련이 있으므로 종종 전달 현상이라고합니다.결정의 전하 및 에너지의 방향성 흐름은 전기장, 온도 구배와 같은 외력에 의해 생성되고 유지됩니다.
입자의 방향성 흐름(특히 전하 캐리어 — 전자와 정공) 또한 이러한 입자의 농도 구배가 있는 경우에 발생합니다. 자기장 자체는 전하 또는 에너지의 방향성 흐름을 생성하지 않지만 다른 외부 영향에 의해 생성된 흐름에 영향을 미칩니다.
제베코프 효과
제벡 효과는 여러 개의 서로 다른 도체로 구성된 개방 전기 회로에서 접점 중 하나가 온도 T1(열접점)을 유지하고 다른 접점은 온도 T2(냉접점)를 유지하는 경우 T1이 T2와 같지 않은 조건에서 발생합니다. 끝에 열기전력 E가 회로에 나타나고 접점이 닫히면 회로에 전류가 나타납니다.
제베코프 효과:
전도체에 온도 구배가 있는 경우, 전하 캐리어의 열 확산 흐름은 뜨거운 끝에서 차가운 끝으로 발생합니다. 전기 회로가 열려 있으면 캐리어가 콜드 엔드에 축적되어 전자인 경우 음전하를, 정공 전도의 경우 양전하를 띤다. 이 경우 보상되지 않은 이온 전하가 핫 엔드에 남아 있습니다.
결과 전기장은 콜드 엔드를 향한 캐리어의 이동을 늦추고 핫 엔드를 향한 캐리어의 이동을 가속화합니다. 온도 구배에 의해 형성된 비평형 분포 함수는 전기장의 작용에 따라 이동하고 어느 정도 변형됩니다. 결과 분포는 전류가 0이 되는 것과 같습니다. 전기장의 강도는 전기장을 일으킨 온도 구배에 비례합니다.
비례 계수의 값과 부호는 재료의 특성에 따라 다릅니다. 서로 다른 물질로 구성된 회로에서만 전기적 제벡 자기장 검출과 열기전력 측정이 가능하다. 잠재적인 접촉의 차이는 접촉하는 물질의 화학적 전위의 차이에 해당합니다.
펠티에 효과
펠티에 효과는 2개의 도체나 반도체로 구성된 열전대에 직류를 흘렸을 때 (전류의 방향에 따라) 접점에서 일정량의 열을 방출하거나 흡수하는 현상이다.
전자가 전기적 접촉을 통해 p형 물질에서 n형 물질로 이동할 때 에너지 장벽을 극복하고 결정 격자(냉접점)에서 에너지를 가져와야 합니다. 반대로 n형 물질에서 p형 물질로 갈 때 전자는 격자(열접합)에 에너지를 기부합니다.
펠티에 효과:
톰슨 효과
톰슨 효과는 온도 구배가 생긴 도체나 반도체에 전류를 흘렸을 때 줄 열 외에 (전류의 방향에 따라) 일정량의 열을 방출하거나 흡수하는 현상이다.
이 효과의 물리적 이유는 자유 전자의 에너지가 온도에 의존한다는 사실과 관련이 있습니다. 그런 다음 전자는 차가운 화합물보다 뜨거운 화합물에서 더 높은 에너지를 얻습니다. 또한 자유 전자의 밀도는 온도가 증가함에 따라 증가하여 핫 엔드에서 콜드 엔드로 전자 흐름이 발생합니다.
양전하는 핫엔드에 축적되고 음전하는 콜드엔드에 축적됩니다. 전하의 재분배는 전자의 흐름을 막고 특정 전위차에서 전자의 흐름을 완전히 멈춥니다.
위에서 설명한 현상은 정공 전도가 있는 물질에서 유사한 방식으로 발생하며 유일한 차이점은 뜨거운 끝에는 음전하가 축적되고 차가운 끝에는 양으로 대전된 정공이 축적된다는 것입니다. 따라서 전도성이 혼합된 물질의 경우 Thomson 효과는 무시할 수 있는 것으로 판명되었습니다.
톰슨 효과:
Thomson 효과는 실용화되지 않았지만 반도체의 불순물 전도성 유형을 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
Seebeck 및 Peltier 효과의 실제 사용
열전 현상: Seebeck 및 Peltier 효과 — 기계 없는 열에서 전기 에너지 변환기로의 실제 적용 찾기 — 열전 발전기(TEG), 열 펌프 - 냉각 장치, 온도 조절 장치, 에어컨, 온도 센서, 열 흐름과 같은 측정 및 제어 시스템(참조 — — 열전 변환기).
열전 장치의 중심에는 TEC1-12706과 같은 특수 반도체 소자 변환기(열전소자, 열전 모듈)가 있습니다. 여기에서 더 읽어보세요: 펠티에 소자 - 작동 원리 및 확인 및 연결 방법