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[소방맨]

센서의 기초

1. 제벡효과(Seebeck Effect)

⑴ 서로 다른 두 종류의 금속을 접촉하여 두 접점의 온도를 다르게 하면 온도차에 의해 열기전력을 발생하고 미소한 전류가 흐른다.

⑵ 다른 쪽 접점을 냉각하면 이 전위는 더욱 커지고 2종의 다른 금속을 접속해 두면 온도차에 의해서 기전력이 발생하기 때문이며 일반적으로 이것을 열기전력이라 한다.

⑶ 1종류의 금속에서는 이 열기전력을 측정하는 것은 어렵지만 2종류의 금속을 조합함을써 그것이 가능한데 1821년 제벡이라는 사람이 발견하여서 제벡효과라 한다.

⑷ 열기전력의 크기는 양쪽 접점간의 온도차에 거의 비례한다.

여기서, 기전력을 , 온도차를 , 비례상수 를 제벡계수라고 한다.

⑸ 금속속의 자유전자는 그 금속의 종류나 온도에 특유한 에너지로 움직이고 있다. 같은 종류의 금속이라도 고온의 것과 저온의 것을 접촉시키면 전자에너지가 다르기 때문에 전자가 한쪽으로 이동해 가서 전위차가 생긴다. 이 열기전력에 의해 전류를 흘리는 장치를 열전대라고 한다.

⑹ 보통 사용되는 열전대로는 copper-constantan, iron-constantan 등이 있다. 온도센서로는 가급적 고감도로 하고 싶어서 이 값이 큰 금속의 조합인 동과 콘스탄탄 등이 자주 사용된다.

2. 펠티어 효과(Peltier effect)

⑴ 다른 종류의 도체를 결합하여 거기에 전류를 흘리면 그 접합점에서 주울(Joule)열 이외에 열의 발생 또는 흡수현상이 생긴다. 이 현상을 펠티어효과(Peltier effect)라고 부른다.

⑵ 이것은 제벡효과와는 반대의 현상으로 1834년에 Peltier라는 사람이 발견하여서Peltier effect라고 한다. Peltier effect는 전류의 방향을 반대로 하면 열의 발생이었던 곳은 흡수로, 흡수였던 곳은 발생으로 변한다.

⑶ Peltier effect를 수식으로 나타내면 단위 시간당 즉, 매초 발생 또는 흡수하는 열량을 , 흐르는 전류를 라고 하면 는 에 비례하고 있어서 의 관계가 있다. 이 비례상수 를 Peltier 계수라고 한다.

⑷ 도체중에서 전하를 운반하는 자유전자는 또한 열을 전달하는 역할도 하고 있다. 전류의 방향에 따라서 발열되기도 하고 흡열되기도 하는 점이 주울열과 다르며 전류의 2승이 아니고 1승에 비례하는 점도 주울열과 다르다.

⑸ 펠티어효과는 전류를 일부러 흘려주어 온도차를 만들게 되므로 상대적으로 찬 부분을 이용한다면 냉동기로 사용될 수 있는데 이것을 열전냉동기라 한다.