열전효과

열전효과의 정의

열전효과는 온도차와 전기적 전위차가 서로 변환되는 현상이다.

서로 다른 두 도체의 접합부에서 온도차가 전위차를 만들고, 전류가 흐르면 흡열과 발열이 일어난다.

이 현상을 제백, 펠티에, 톰슨 효과로 나누어 살펴본다.

제백 효과와 펠티에 효과

먼저 제백 효과다. 두 접점의 온도차가 회로에 기전력을 만든다.

열기전력의 크기는 온도차로 정해지고 접촉 면적에는 영향을 받지 않는다.

반대로 펠티에 효과는 전류를 흘리면 한쪽 접점이 흡열하고 다른 쪽이 발열하는 현상이다.

두 효과의 관계는 켈빈 관계 Π = αT로 정리되며, 계수 α 하나로 묶인다.

따라서 온도차와 전류라는 원인을 혼동하지 않는 것이 핵심이다.

펠티에 냉각과 줄열

전류가 흐르면 펠티에 흡열과 줄열이 함께 나타난다.

펠티에 열량은 전류에 정비례하고, 줄열은 전류의 제곱에 비례한다.

그래서 전류를 계속 올리면 줄열이 냉각 효과를 넘어서게 된다.

따라서 제조사가 제시한 최대 냉각 전류 이내로 운전해야 한다.

헷갈리는 점과 시험 포인트

세 효과는 원인과 결과가 서로 다르다. 표로 정리해 두자.

제백은 온도차가 기전력을 만들고, 펠티에는 전류가 온도차를 만든다.

톰슨 효과는 온도 구배가 있는 단일 도체에 전류가 흐를 때 나타난다.

열전대는 두 접점의 온도차를 재므로 기준접점 온도 조건을 함께 적는다.

직접 풀어 보기

직접 풀어 보자. 펠티에 열량은 전류에 비례한다.

그러면 줄열은 전류의 몇 제곱에 비례하는지 골라 보자.

정리

정리하면 제백 효과는 온도차가 기전력을 만든다.

펠티에 효과는 전류가 접점의 흡열과 발열을 만든다.

톰슨 효과는 온도 구배가 있는 단일 도체에서 전류가 만드는 현상이다.