ゼーベック係数

ゼーベック効果は主に熱電対による温度測定に使われるが、熱電発電機を使った廃熱の電気エネルギーへの変換においても重要性が増している。このプロセスは可逆的である。 熱電材料の効率を評価する上で重要な指標となるのが、材料の性能を表す無次元数であるZT値である。ZT値は、ゼーベック係数、平均絶対動作温度、電気伝導率の2乗とともに増加し、比熱伝導率とともに減少します。これらの数値は温度に依存するため、材料特性は性能指数の計算に温度の関数として含める必要があります。定義式は以下の通り： 導電体や半導体のZT値を決定するために必要な材料特性を測定するために、リンザイスのような精密測定器が使用されます。温度差が小さく、ゼーベック係数が一定とみなせる場合、電圧の公式は次のように単純化されます： ここで、S_AとS_Bは2つの材料のゼーベック係数、T₁とT₂は2つの接点の温度である。電圧は熱拡散によって発生し、高エネルギーの電子が暖かい接触点から冷たい導体に向かって拡散する。この結果、プラス導体からマイナス導体へと電子が絶えず移動し、電気エネルギーに加えて熱エネルギーも移動する。しかし、この熱移動はゼーベック効果の効率を低下させる。 熱電対の効率は、使用する材料の電気伝導率が高いほど、また熱伝導率が低いほど高くなる。熱電導体の特性に関する決定的な基準は、いわゆる 「ZT（figure of merit）」である。このZTは、温度、ゼーベック係数、熱伝導率、電気伝導率など、関連するすべての量を考慮に入れています。 熱電対の技術的応用では、測定可能な電圧を発生させるために2つのメカニズムが協働する。一方では、温度勾配によって電荷キャリアが導体の温端から冷端へと拡散し、ミリボルト単位の電圧が発生し、ゼーベック係数に依存する。一方、異なる材料で作られた第2の導体を使用すると、2つの材料はゼーベック係数が異なるため、接触点にさらなる電圧勾配が生じる。