열전 - 열전 효과 | 전기

열전기 – 열전 효과

열전기는 열전 효과에 의해 생성됩니다. 이는 온도 차이를 전기 전압으로 직접 변환하고 그 반대의 과정을 말합니다. 두 가지 서로 다른 재료를 결합하고 가열하면 두 재료 사이에 전자가 이동하면서 전류 흐름이 생성됩니다. 이러한 장치를 열전 발전기(TEG), 또는 Seebeck 발전기라고 부릅니다. 이는 열 플럭스(온도 차이)를 직접 전기 에너지로 변환하는 고체 상태 장치입니다.

열전 효과의 원리

열전 효과는 세 가지 별도로 식별된 효과를 포함합니다:

Seebeck 효과: 두 가지 서로 다른 전기 도체 또는 반도체 사이의 온도 차이가 두 물질 사이에 전압 차이를 생성하는 현상입니다. 이는 Thomas Seebeck이 1821년에 처음 보고한 열전 효과의 결과입니다. 생성된 전압은 Seebeck 계수 S (S = V/_ΔT)와 온도 차이에 따라 달라집니다.
Peltier 효과: Seebeck 효과의 아날로그로, 두 가지 다른 도체의 전기화된 접합부에서 발생하는 가열 또는 냉각 현상입니다. 이 효과는 Peltier 계수로 정량적으로 설명됩니다. Peltier 계수(π)는 전류(I)와 가열 속도(q)의 비율로 결정됩니다: π = I/_q.
Thomson 효과: 다른 재료에서 Seebeck 계수는 온도에 따라 일정하지 않으므로, 온도의 공간적 변화는 Seebeck 계수의 변화를 초래할 수 있습니다. 이 변화를 통해 전류가 흐를 경우, 연속적인 Peltier 효과가 발생합니다. Thomson 효과는 작은 온도 구배가 적용될 때 단일 도체 내에서 발생하는 전기 전류를 설명합니다: q = βIΔT, 여기서 q는 가열 속도, I는 전기 전류, ΔT는 온도 변화, β는 Thomson 계수입니다.

열전 효과의 응용

열전 효과는 다양한 응용 분야에서 사용됩니다:

열전 발전기: 열전 발전기는 온도 차이를 직접 전기 에너지로 변환하는 고체 상태 장치입니다. 이러한 발전기는 전통적인 열 엔진보다 부피가 작고, 이동 부품이 없으며, 일반적으로 더 비싸고 효율이 낮습니다.
열전 냉각: 열전 냉각은 두 가지 다른 종류의 재료 접합부에서 열 플럭스를 생성하기 위해 Peltier 효과를 사용합니다. Peltier 냉각기, 히터 또는 열전 히트 펌프는 한쪽 면에서 다른 면으로 열을 전달하는 고체 상태의 활성 히트 펌프입니다.
온도 측정: 열전 효과를 이용하여 온도를 측정할 수 있습니다. 이를 위해 두 가지 서로 다른 전기 도체로 구성된 열전대를 사용합니다. 열전대는 열전 효과에 의해 온도 의존적인 전압을 생성하며, 이 전압을 해석하여 온도를 측정할 수 있습니다.