8장 열전 현상

8장 열전 현상 송태권 2009년 1학기

CHAPTER 8 THERMOELECTRICITY 8.1 Introduction 8.2 Thomson Effect 8.3 Peltier Effect 8.4 Kelvin (Thomson) Relations 8.5 Phonon Drag 8.6 Thermoelectricity in Semiconductors 8.7 Thermoelectric Heating and Refrigeration 8.8 Thermoelectric Generators 8.9 The Figure of Merit

개요 열전쌍(Thermocouple)은 다른 금속들의 접합에서 두 접합 사이의 온도 차가 클수록 전압 차이가 크게 생김. 온도 차이는 에너지 상태에서의 전자 분포를 바꾸고 전기 흐름을 생기게 함. Seebeck(1822), Thomson, Peltier(1834) 반도체에서는 금속에서 보다 큰 열기전 현상을 보임 온도 측정, 냉각, 가열, 발전 열전 소자의 효율은 Seebeck 계수, 열/전기 전도도, 동작 온도에 의존

8.1 도 입 EF보다 높은 전자가 많음 전자의 흐름 EF보다 높은 전자가 적음 전압의 차이는 양 끝 단의 온도차에 의존(분포에의 의존 않음)

열기전력(thermoelectric power) 접합의 성질이 아니라 두 재료의 고유 성질(S1, S2)에 의존 시벡(Seebeck) 전위 : V12 열기전력은 여러 가지 금속 조합에서 알려져 있다. 유명한 열전쌍 CC : Copper-Constantan CA : Chromel-Alumel 백금-백금:로듐 합금

8.2 톰슨 효과 mT : 톰슨 계수

8.3 펠티어 효과 접합 사이를 전류가 흐를 때 관계되는 열 펠티어 열(1에서 2로 흐를 떄) p12 p12 = -p21

전자 열 전기(potential) 에너지 펠티어 열은 측정 조건(온도, 전압, 재료)에 따라 다르나 두 재료 사이의 접합의 성질에는 무관(덩어리 성질)

8.4 켈빈(톰슨) 관계 열기전 현상을 기술하는 계수 열기전력 S , 톰슨 계수 mT , 펠티어 열 p

8.5 포논 끌어 당김 포논 흐름 전자 흐름 (충돌에 의해) 전자가 포논과 충돌하여 에너지를 잃어버린다. 그 역도 성립 포논 끌어 당김은 낮은 온도에서 큰 영향

8.6 반도체에서의 열전 현상 반도체는 금속에 비해 큰 열전 현상 S, mT, p는 음 혹은 양일 수 있으나 이상적인 금속은 음 에너지 띠의 정렬과 전자의 분포에 기인 반도체에서 계수들의 기호(음,양) 확인 전자가 다수 나르개이고 S가 음이면 켈빈 관계에 의하여 p,mT도 음

양공이 다수 나르개이면 뜨거운 쪽의 전자가 받개 준위로 더 많이 들뜸 가전자 띠의 전자가 줄어듦. 차가운 쪽의 전자가 뜨거운 쪽으로 흐름 뜨거운 쪽은 음으로 대전, 차가운 쪽은 양으로 대전 금속의 경우와 반대 p-형 반도체는 S, p, mT가 양 열전계수로 부터 나르개의 종류를 알 수 있다.(홀 효과(계수)) 나르개의 농도가 온도에 크게 의존하기 때문에 열전 계수가 반도체에서 크다.+에너지 간극의 효과

8.7 열기전 가열 및 냉각 열전쌍은 열을 차가운 곳에서 뜨거운 곳으로 펌핑 가능 펠티어 가열은 전기 저항 가열 보다 효율적 (전류 밀도, 열전쌍에 의한 가열 등으로 제한적)

8.8 열기전 발전기

8.9 동작 특성(F.O.M.)

열기전 냉각기의 효율

열전 발전기의 효율

높은 온도 차이를 이용하여 효율을 높이는 시도 온도 차이에 제한

과제 마감: 2009/06/04 DEFINITIONS 번역 Thermocouple 문제 풀이: 8.14와 관련하여 저개발 국가가 아니라 우리나라에서 사용 가능한 응용의 예를 구체적으로 들어라.

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