톰슨효과

전기가 통하는 단일 금속의 각 부위별로 온도차이가 있을 때, 이것에 전류가 흐르면 열이 발생하거나 흡수되는 현상이 나타나는 것을 말한다.

물질에 열을 가하면 물질 내부의 원자 및 전자가 운동량을 받아 움직이기 시작하며, 이러한 입자들이 움직이면 전기가 생성됩니다. 이러한 전기가 생성됨에 따라 전류가 흐르고, 전류간 온도차에 의해 열의 흡수 또는 발생이 일어납니다.

전도체 물질의 종류에 따라 열량이 달라지는데 이 값을 톰슨 계수 또는 전기의 비열이라고 한다.

이 효과에 의해 발생하는 열은 전류의 세기와 온도차에 비례한다.

톰슨계수 a = Q / ( I * dT)

Q: 단위시간당 발열량, I: 전류, dT: 도체 양쪽의 온도차

구리나 은은 전류를 고온부에서 저온부로 흘리면 열이 발생하고 철이나 백금에서는 열의 흡수가 일어난다.

또한, 전류를 반대로 흘리면, 열의 발생 또는 흡수가 반대로 작용한다.

단, 납에서는 이 효과가 거의 나타나지 않는다. (a = 0). 따라서, 열기전력 측정 시 기준 물질로 사용된다.

제벡효과 (Seebeck effect)

2개의 이종금속 (또는 반도체)이 폐회로를 구성할 때(접촉할 때) 양접점의 온도차가 다르면 기전력 (전기 전위차)이 발생하는 현상이다.

금속 또는 반도체 재료의 전자는 온도가 증가함에 따라 더 활발해지며, 결과적으로 더 빠르게 움직인다. 이렇게 증가된 움직임으로 인해 두재료 사이의 접합부에 전하가 축적되어 전압차 또는 전위차가 발생한다. Seebeck계수는 재료가 온도 구배를 받을 때 재료에서 생성되는 전압의 크기를 설명하는 재료별 특성이다. 따라서, 온도차가 커지면 회로에서 발생하는 전압도 높아진다.

전압 V = Seebeck 계수 S * 온도차이 dT

이것은열전발전기에 응용되고 있다. 버려지는 열을 전기로 변환하는데 사용되며, 발전소(폐열을 이용한 발전설비), 공장, 자동차 (자동차 배기가스를 이용한 열전발전기술), 인체부착형 모바일 열전소자 등 다양한 곳에 활용되고 있으며 온도차이를 측정하는 열전대에도 이용되고 있다.

펠티어효과 (Peltier effect)

펠티어 효과는 열전대에 전류를 흐르게 했을 때, 전류에 의해 발생하는 줄열 외에도 열전대의 각 접합점에서 발열 혹은 흡열작용이 일어나는 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. 펠티어 효과는 1834년에 발견되었으며, 최근에는 도체에 사용되는 열전소자의 연구가 진행되어 전자 냉동 등에서 이용되고 있다.

직류를 흐르게 하면 한 쪽은 발열, 반대 쪽은 냉각이 되는 온도차를 가져오는 현상이다. 이러한 특성을 이용하여 다양한 기기와 시스템에서 활용된다. 이는 제벡효과의 반대현상으로써 열전소자, 열전모듈, 냉각소자에 이용된다.