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熱電効果(ゼーベック・ペルティエ・トムソン効果)について解説

熱電効果(thermoelectric effect)は、電気伝導体や半導体等の金属中において、熱エネルギーと電流が相互に及ぼし合う効果のことです。

 ゼーベック効果、 ペルティエ効果、トムソン効果の三つが熱電効果とされているものです。 ゼーベック効果とペルティエ効果はちょうど逆の効果であり、トムソン効果も関連する効果である。ただし、これらはジュール熱とは別の現象である。

 

ゼーベック効果(Seebeck effect)

 1821年にトーマス・ゼーベックThomas Johann Seebeckが発見ゼーベック効果は物体の温度差が電圧に直接変換される現象です。熱電対はゼーベック効果を利用した温度を測定する素子です。

 

ペルティエ効果(Peltier effect)

 1834年にジャン・ペルティエが発見。ペルティエ効果はゼーベック効果の逆で、電圧から温度差を作り出す現象です。異なる2種類の金属または半導体(n型とp型)を2つの点で接合したものに、電流を流すと、電流を片方の接点からもう一方に流すと、片方の接点は冷やされ、もう一方接点は温められる。

 

トムソン効果(Thomson effect)

 1854年にイギリスの物理学者ウィリアム・トムソンが発見したトムソン効果とは一つの金属上で温度の差が有る2点間に電流を流すと、熱を吸収したり発生したりする効果です。

 

ペルティエ効果の応用

 

 

 熱電冷却(ペルチェ冷却)(Thermoelectric cooling) システムは冷媒を用いない電子式で、ペルチェ効果を利用して温度を下げる冷蔵庫です。2種類の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するというペルティエ効果(Peltier effect熱電効果の一種)を利用した板状の半導体素子を使用して、直流電流を流すと、一方の面が冷却(吸熱)し、反対面に加熱(発熱)が生じ、電流の極性を逆転させると、加熱と冷却の関係が反転することから高精度の温度制御を行うことも出来ます。

  圧縮機(コンプレッサー)を使用しないため、作動音がほとんどなく、冷却効率はよくないことから、計算機の冷却、車などに乗せる小型冷温庫、医療用冷却装置などに使用されています。また、ヒートポンプ方式とは異なり、冷却に際して湿度の変化が少ない(ヒートポンプ方式では通常、冷却と同時に除湿(乾燥)が行われるが、ワインの保存には適度な湿度が必要である)ことからワイン専用の小型保存庫などにも使用されています。