[과학공부] 펠티어 효과 (제습기원리)

제습기를 구매했는데, 펠티어 효과로 저소음으로 제습이 된다고 한다.

그래서 펠티어 효과가 무었인지 알아보려 한다.

 

펠티어효과(Peltier effect)

두 종류의 도체를 결합하고 전류를 흐르도록 할 때, 한 쪽의 접점은 발열하여 온도가 상승하고 다른 쪽의 접점에서는 흡열하여 온도가 낮아지는 현상이다.

 

펠티어 효과는 어떤 물체의 양쪽에 전위 차를 걸어 주면 전류와 함께 열이 흘러서 양쪽 끝에 온도 차가 생기는 현상, 즉 전류를 흘리면 온도 차가 생겨 한쪽은 가열되고 다른 쪽은 냉각되는 현상이다. 이와는 반대로 양쪽 끝에 온도 차를 주면 기전력이 생기는 효과를 제베크 효과라고 한다. 이 두 효과를 묶어서 제베크-펠티어 효과라고 부르고, 열과 전기가 서로 변화되는 효과이므로 열전 효과(thermoelectric effect)라고 부른다.

 

 

출처 : 전자용어사전

 

이 효과는 프랑스의 물리학자 펠티어(J. C. A. Peltier, 1785-1845)가 1834년에 발견하였다. 물체에 양쪽 끝에 연결된 두 개의 다른 도체를 통해 전류를 흘렸더니 한쪽 끝은 뜨거워지고 다른 쪽 끝은 차가워지는 현상을 발견하였다. 이는 온도차를 통해 전기를 만드는 제베크 효과의 역으로 일어나는 효과이다.

펠티어 효과는 전류 를 흘려 주었을 때 한쪽 끝에서 단위시간 당 발생한(또는 제거된) 열 는 흘려 준 전류에 비례한다고 기술할 수 있다. 이를 수식으로 표현하면

이 되고, 여기서 π는 물질에 의해서 결정되는 비례 상수로 펠티어 계수라고 한다. 펠티어 계수는 단위 전하가 운반할 수 있는 열량을 의미한다.

제베크 효과에 의해서 온도 차가 있는 회로에 전류가 흐르면 이 전류는 펠티어 효과에 의해서 항상 고온 영역에서 저온 영역으로 열을 이동시킬 것이다. 이러한 두 효과로부터 제베크 계수 와 펠티어 계수 는 직접적으로 관련이 있고 그 관계는 가 된다.

그림 1. 펠티어 계수가 다른 두 물질을 이용하여 펠티어 효과를 이용하는 열전 냉각기의 개요도

 

그림 1에서 두 개의 다른 물질, 즉 n형 반도체와 p형 반도체 막대가 위쪽은 도체로 연결되어 있고 아래쪽은 각각 도체가 따로 붙어 있다. 온도차가 없이 전원을 연결하여 두 반도체에 전류를 흘려주면 각 반도체의 펠티어 계수에 따라 그 사이로 열이 이동하여 한쪽은 열이 모이고 다른 한쪽은 열이 빠져나가서 양단에 온도차가 생긴다. 그림 1처럼 열이 아래쪽으로 흐르면 위쪽 부분의 온도가 내려가서 냉각기로 쓸 수 있다. 보통의 냉장고는 압축기를 돌려서 냉매를 순환시키지만 펠티어 효과를 쓰면 냉매와 압축기 없이 동작하는 냉장고를 만들 수 있다. 실제로 화장품 보관용으로 쓰는 작은 냉장고는 대개 펠티어 효과를 이용한다.

[출처] 네이버 지식백과, 물리학백과