시벡 계수

시벡 효과는 주로 열전대를 이용한 온도 측정에 사용되며 열전 발전기를 사용하여 폐열을 전기 에너지로 변환하는 데 점점 더 중요해지고 있습니다. 이 프로세스는 가역적입니다. 전압 차이가 온도 차이를 발생시키는 역방향 공정은 마이크로전자공학 및 나노기술의 냉각에 사용되는 펠티에 효과입니다.
열전 재료의 효율을 평가하는 핵심 척도는 재료의 성능을 설명하는 무차원적인 수치인 열전 성능 지수 ZT입니다. ZT 값은 시벡 계수, 평균 절대 작동 온도 및 전기 전도도의 제곱에 따라 증가하는 반면, 비열 전도도에 따라 감소합니다. 이러한 수치는 온도에 따라 달라지므로 성능 지수 계산 시 재료 특성을 온도 함수로 포함해야 합니다. 정의 방정식은 다음과 같습니다:

린사이스가 제공하는 것과 같은 정밀 측정 장비는 전기 전도체 및 반도체의 ZT 값을 결정하는 데 필요한 재료 특성을 측정하는 데 사용됩니다. 온도 차이가 작고 시벡 계수가 일정하다고 간주할 수 있는 경우 전압 공식은 다음과 같이 단순화됩니다:

여기서_SA와SB는 두 재료의 시벡 계수이고, _{T1과 T2는} 두 접촉점의 온도입니다. 전압은 고에너지 전자가 따뜻한 접촉점에서 차가운 도체 쪽으로 확산되는 열 확산에 의해 생성됩니다. 이로 인해 양극 도체에서 음극 도체로 일정한 전자 이동이 이루어지며, 전기 에너지와 함께 열 에너지도 전달됩니다. 그러나 이러한 열 전달은 시벡 효과의 효율을 떨어뜨립니다.

열전대의 효율은 전기 전도도가 높고 사용되는 재료의 열 전도도가 낮을수록 높아집니다. 열전 도체의 특성에 대한 결정적인 기준은 이른바 “공로상”(ZT). 이 열효율 계수에는 온도, 시벡 계수, 열전도율 및 전기 전도율과 같은 모든 관련 수치가 이미 고려되어 있습니다.

열전대의 기술적 적용에서는 두 가지 메커니즘이 함께 작동하여 측정 가능한 전압을 생성합니다. 한편으로 온도 구배는 전하 캐리어가 도체의 따뜻한 끝에서 차가운 끝으로 확산되어 밀리볼트 범위의 전압을 발생시키며, 이는 시벡 계수에 따라 달라집니다. 반면에 다른 재료로 만들어진 두 번째 도체를 사용하면 두 재료의 시벡 계수가 다르기 때문에 접촉 지점에서 전압 구배가 더 커집니다.