ゼーベック効果とペルチェ効果は、熱電発電機の動作を支配する 2 つの主要な原理です。
ゼーベック効果とペルチェ効果はどちらも、熱電効果という用語に分類できます。 .熱電効果には、温度差を電圧差に変換することが含まれます。ゼーベック効果とペルチェ効果は、同じ物理プロセスの異なる現象です。場合によっては、それらが関連しており、ゼーベック ペルティエ効果として知られています。 .これらの 2 つの効果が分離されている理由は、2 人の異なる個人による独立した発見によるものです。まず、ゼーベック効果とは何かを詳しく見てみましょう。
ゼーベック効果とは?
ゼーベック効果は、バルトドイツの物理学者トーマス・ヨハン・ゼーベックによって発見されました。ゼーベック効果は、2 つの異なる電気伝導体または半導体の間の温度差が、それら 2 つの物質間に電圧差を生み出す現象です。
2 つの導体または半導体のいずれかに熱が加えられると、熱によって電子が励起されます。 2 つの側面のうちの 1 つだけが加熱されるため、電子は 2 つの導体のより低温の側に向かって移動し始めます。両方の導体が回路の形で接続されている場合、直流電流が回路を流れます。
ゼーベック効果によって生成される電圧はごくわずかです。生成される電圧の範囲は、通常、接合部の温度差 1 ケルビンあたり数マイクロボルト (100 万分の 1 ボルト) のオーダーです。温度差が十分に大きい場合、一部のデバイスは数ミリボルト (1000 分の 1 ボルト) を生成することができます。
このようなデバイスをいくつか並列に接続して、供給可能な最大電流を増やすことができます。このようなデバイスは、接合部全体で大きな温度差が維持されている場合、小規模レベルの電力を提供することが示されています.
シードバック効果の実証
ゼーベック効果は、デバイスによって生成される電場を計算するのに役立ちます。これは、ゼーベック係数を使用して行うことができます。材料のゼーベック係数は、特定の材料の温度差に応じて増加する熱起電力の大きさの尺度です。起電力を使用して、熱電材料の電流密度を計算することもできます。これに関連する方程式は次のとおりです。
Eemf=-SΔT
J=σ(-ΔV+Eemf)
ここで、J は電流密度と σ を表します。 導体の局所導電率を表します。
ペルチェ効果とは?
ペルチェ効果は、1834 年にこの現象を発見したフランスの物理学者ジャン シャルル アタナセ ペルティエにちなんで命名されました。ペルチェ効果は、2 つの異なる導体の通電接合部での加熱または冷却の存在です。 2 つの導体間の接合部に電流が流れると、接合部で熱が追加または除去される場合があります。
ペルチェ効果のデモンストレーション
接合部で発生する単位時間あたりのペルチェ熱は、∏A と ∏B がペルチェ係数です。
Q=(∏A – ∏B)私
ここで、A と B は導体の両端を表し、I は電流です。ペルチェ係数は、単位電荷あたりの熱量を表します。充電は接合部全体で連続している必要があるため、∏A と ∏B が異なる場合、関連する熱の流れが不連続になります。
ペルチェ効果は、ゼーベック効果の逆作用と見なすことができます。単純な熱電回路が閉じている場合、ゼーベック効果は電流を駆動し、(ペルチェ効果によって)常に高温から熱を伝達します。ジャンクションから冷接点へ。
典型的なペルチェ ヒート ポンプには、直列の複数のジャンクションが含まれており、電流が駆動されます。ジャンクションの中には、ペルチェ効果によって熱を失うものもあれば、熱を得るものもあります。熱電ヒート ポンプは、冷蔵庫に見られる熱電冷却デバイスと同様に、この現象を利用します。
