열전효과

열전효과란

열전효과는 온도차와 전기가 가역적으로 변환되는 현상의 총칭이다.

세 가지 효과는 제백, 펠티에, 톰슨 효과다.

각 효과는 원인과 결과를 나누어 구분해야 한다.

제백 효과

제백 효과는 두 접점을 서로 다른 온도로 유지하면 전압이 생기는 현상이다.

발생 전압은 온도차와 재료 고유의 제백 계수에 비례한다.

제백 계수는 재료 조성에 따라 다르고 온도에 따라 변한다.

열전대는 이 원리로 온도를 전압으로 바꿔 측정한다.

계산 예제

예제로 상대 제백 계수가 50 μV/K인 두 도체를 생각하자.

접합부 온도차가 100 K이면 개방회로 기전력은 V = S ΔT로 구한다.

값을 대입하면 5 × 10^-3 V, 즉 5 mV가 된다.

수 mV 수준이므로 계산 결과의 크기는 상식 범위에 있다.

펠티에 효과와 톰슨 효과

펠티에 효과는 서로 다른 도체의 접합부에 전류를 흘릴 때 열이 흡수되거나 발생하는 현상이다.

단위 시간당 열량은 펠티에 계수와 전류의 곱으로 나타낸다.

펠티에 효과는 제백 효과의 역현상이며 전류 방향을 바꾸면 흡열과 발열이 뒤바뀐다.

톰슨 효과는 온도 기울기가 있는 도체 내부에서 연속적으로 열이 생기는 현상이다.

세 효과 비교

세 효과를 원인과 결과, 가역성 기준으로 비교해 보자.

제백 효과는 온도차가 원인이고, 펠티에 효과는 전류가 원인이다.

펠티에와 톰슨 효과는 전류 방향에 따라 흡열과 발열이 바뀐다.

세 효과 모두 가역이며, 줄 발열만 비가역이다.

정리와 헷갈리는 점

정리하면 열전효과는 제백, 펠티에, 톰슨 효과의 총칭이다.

제백은 온도차가 기전력을 만들고, 펠티에와 톰슨은 전류가 열을 옮긴다.

헷갈리기 쉬운 점은 줄 발열을 열전효과에 넣는 것이다.

줄 발열은 방향과 무관하게 항상 발생하는 비가역 현상이다.