温度差で電気が？！ ～ペルチェ素子～
今回は、ペルチェ素子を用いてみました。
動画
異種の金属や半導体間に温度差が生じると電子移動のしやすさにも差が生じ、電子の移動が一方に偏る結果として、その間に電位差が生じる。この現象は、1821年にトーマス・ゼーベックが発見し、その名を冠して「ゼーベック効果」と呼んでいる。動画では、下部に配置したお湯の熱がペルチェ素子下部に触れているステンレスに伝わるようにしている。また、ペルチェ素子の上面には、冷水を入れたビーカーを乗せただけのシンプルな装置となっている。お湯の温度は70℃程度で、冷水は10℃くらいだが、低電圧で作動するソーラーモーターは元気に作動させることができる。工夫としては、氷に食塩を加えて寒剤としたり、お湯はスチロールカップなどを用いることで温度差を大きくして、より高い電圧を得られるようにすると良い。
逆に、やはり異種の金属や半導体間に電気を流すことで温度差を作り出すこともできる。これは1834年にジャン・シャルル・ペルチェが発見した現象で、こちらは「ペルチェ効果」と呼ばれている。「ゼーベック効果」と「ペルチェ効果」は表裏一体の現象で、これらの現象を活用した装置としては、動画で用いた教材のように「ペルチェ素子」の呼び名で扱われている。ペルチェ素子は、温度センサーや冷蔵庫、パソコンのクーラーなどあらゆる分野で幅広く利用されるようになっている。
ここでペルチェ効果とゼーベック効果についてまとめておく。互いに逆なのがポイント。今回はペルチェ素子を用いてゼーベック効果を使用している。
ペルチェ効果(ペルティエ効果)：異なる金属を接合し電圧をかけ、電流を流すことで接合点で熱の吸収・放出が起こる効果。両面に温度差を生み出せることから、電流や電圧を調整することで加熱や冷却といった温度制御が可能。電流の流れる向きを変えれば冷却と加熱面を入れ替える事も可能とか。
ゼーベック効果：物体の温度差が電圧に変換される現象。熱電効果の一種。
ゼーベック効果を用いれば、例えばヒートアイランド現象を利用した発電が可能になるかも…？環境教育の他、新たな発電方法としてなるか期待…（コストはかかりそう…）
参考文献➡温度差で電気が発生＿ペルチェ素子を用いて | らくらく理科教室 (sciyoji.site)
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※都留文科大学理科教育の一環
