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설명
ㆍ 열발생기를 사용하여 펠티에 효과와 제벡 효과를 확인할 수 있다.
ㆍ 펠티에 효과 실험을 통해 전위차에 의해 온도 차가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
ㆍ 제백 효과 실험을 통해 온도 차에 의해 회로에서 발생하는 열기전력을 확인한다.
ㆍ Vernier MBL 또는 디지털 멀티미터를 사용하여 데이터를 정밀하게 측정할 수 있다.
설명
1. 펠티에 효과와 제벡 효과 (K4.5.10)
2. 펠티에 효과와 제벡 효과[무선] (K4.5.10-G)
실험 이론
1) 제백 효과
제백 효과란 온도차에 의해 폐회로 상에서 전위차가 발생하는 효과를 말한다.
2종의 금속 또는 반도체를 폐회로가 되도록 연결하고 연결한 두 지점에 온도차를 주면 기전력이 발생하여 전류가 흐른다. 이때 발생하는 기전력을 열기전력이라고 부른다.
N형 반도체로 이루어진 금속회로의 고온영역에서 많은 전자가 여기 되어 전도대로 이동되고 저온영역 쪽으로 확산되게 된다. 전자의 이동에 의해 상적으로 고온부에서 저온부로 향하는 전기장이 생기게 된다. 전기장에 의해 반도체 내부의 에너지 준위가 경사를 이루게 되고 양측 금속에 페르미 준위 사이를 온도차가 생겨 고온부에 양전위의 열기전력이 발생한다.
P형 반도체로 이루어진 금속회로의 경우 N형 반도체를 사용한 경우와 반대로 저온부에 양전위의 열기전력이 발생한다.
2) 펠티에 효과
제백 효과와 반대현상으로는 펠티어 효과가 있다. 2종의 금속을 폐회로가 되도록 연결한 후 전류를 흘리면 두 점에서 각각 냉각, 가열되는 효과가 나타난다.
2종의 금속 또는 반도체를 폐회로에 전류가 흐르지 않는 경우 반도체 내부의 에너지는 수평을 이루고 있다. 그러나 회로에 전압을 인가하면 페르미 준위가 경사를 이루게 되고 두 금속 사이에 전위차가 발생하게 된다.
이때 발생하는 전위차에 의해 전자가 이동하게 된다. 전자가 높은 에너지 준위로 이동하기 위해서는 에너지 준위 차이만큼의 에너지가 필요하다. 그렇기 때문에 전자는 주변에서 열을 에너지를 흡수하여 더 높은 에너지 준위로 이동하게 되고 이로 인해 흡열 현상이 나타나게 된다.
반대로, 반도체의 전자가 낮은 에너지 준위로 이동할 때에는 에너지 준위 차이만큼의 에너지를 방출하게 되는데 이로 인해 발열 현상이 나타나게 된다.
반도체에서 나타나는 흡열, 발열 현상은 전류의 방향에 영향을 받는다. 또한 N형 반도체와 P형 반도체는 흡열과 발열이 나타나는 전류의 방향이 서로 반대이다.
이 실험에서는 Vernier MBL을 이용하여 열에 의해 발생되는 전압과 전류에 의해 나타나는 온도 차이를 확인할 수 있다. 이로 인해 제백 효과와 펠티에 효과를 이해할 수 있다.
실험 그래프