제백효과 원리와 응용방법

세상에는 신기한 기술들이 많이 있습니다. 예를 들어, 머그컵에 뜨거운 커피를 마시는 동안 휴대폰을 충전할 수 있는 제품이 있는데요. 컵 받침에 열이나 차가운 온도를 감지하는 기술을 탑재하여 USB를 통해 전기를 발생시키는 것인데요.

이러한 기술은 제백효과의 원리를 응용하여 만든 제품으로, 열과 전기의 상관관계를 활용한 것입니다. 대표적인 용어는 열전효과인데요. 이 효과에는 제백, 펠티에, 톰슨 효과 3가지가 포함됩니다. 본문에서는 각각의 원리를 간단하게 설명하고 응용할 수 있는 분야에 대해 알려드리도록 하겠습니다.

■ 열전효과 3가지 정리

열전효과는 열과 전기생성의 상관관계를 나타내는 효과를 말하여 말씀 드렸듯이 3가지 종류가 있습니다. 핵심적인 원리는 한가지인데요. 두 개의 금속에 온도차와 전류의 흐름입니다.

■ 제백효과(Seeback Effect)

첫번째 제백효과의 원리는 접합부위가 있는 2개의 금속의 온도차로 인해 전력이 발생되는 것입니다. 즉, 금속물질을 연결했는데 양쪽의 온도가 다르면 기울기 작용이 발생하여 전류의 흐름이 발생된다는 것입니다. 위에 설명 드린 뜨거운 물잔을 올리면 USB로 충전이 되는 제품도 원리를 활용한 것이죠.

여기서 발생한 고온부의 전자는 전도영역을 거쳐서 저온부 쪽으로 확산한다는 개념입니다. 이것은 컵 받침에 고온의 물질 또는 저온의 차가운 냉기를 가진 물질을 두게 되면 오르 내리막 원리를 통해 전자들이 이동하게 되며, 이를 통해 발생한 운동력을 이용해서 소량의 전기를 사용할 수 있게 되는 것입니다.

■ 펠티에, 톰슨 효과

이것은 조금 다른 부분이 전류가 흐른다는 전제가 필요합니다. 즉, 전류가 흐르게 되면, 두 개 물질(금속성 또는 반도체 등) 중에 한 개는 열이 발생하고 다른 하나는 열을 흡수하는 현상이 발생하는 것입니다.

응용분야는 다양한데요. 그 중에 대표적인 것이 소형 냉각기 입니다. 반대로 소형 열기구일 수도 있습니다. 즉, 코드를 꼽는 순간 뜨겁게 하거나 차갑게 하는 기능을 구현할 수 있는 것입니다. 가장 많이 쓰이는 분야는 냉각시스템입니다. 정밀한 온도 조절이 필요한 항온항습이 필요한 상황에서 온도조절에 활용되는 것이죠.

■ 응용분야 정리

첫번째 제백효과 응용분야는 소형 냉온컵홀더입니다. 주요원리인 물질간의 온도차를 활용해서 다양한 스마트 편의기기를 제작할 수 있습니다. 예를 들어, 맥주는 시원하게 먹는 것이 중요한데요. 컵에 따르고 나서 조금만 있으면 미지근하게 변합니다. 이를 방지하기 위해 전기를 연결하면 열과 냉기 중에서 차가운 기운을 증폭시키는 기기를 만들 수 있습니다.

두번째는 캠핑용 제품들입니다. 캠핑에 가게 되면 전력소비를 최소화해야 하는데요. 예를 들어, 스마트폰이나 테블릿을 충전하거나 랜턴 등을 켜는데 이 원리를 활용하게 됩니다. 예시로는 불에다가 발전기 금속을 올려놓으면 전력이 생겨나는 기기가 있습니다.

외부에 나가면 음식 조리를 위해 대부분의 사람들이 불을 피게 됩니다. 이때 해당 기기의 열흡수판을 올려놓고 장시간 있으면, 해당 기간 동안에 휴대폰 충전이나 램프 등을 밝힐 수가 있기 때문에 유용하게 쓰일 수 있습니다.

마지막 세번째 열전효과 응용분야는 조명입니다. 전세계적으로 전기가 없어서 아직도 등유나 화석연료를 사용하는 곳들이 많습니다. 빈민국의 경우는 전기를 사용할 수 없는 사람들도 있지요. 이들을 위해 촛불을 켜기만 해도 전구가 켜지도록 하는 저전력 조명제품들이 나오고 있습니다.

간단히 말하면, 자연적으로 발생하는 소량의 뜨거움만 있으면 어디서나 전기를 활용할 수 있게 되는 기술입니다. 기본기술은 간단하지만 만드는 기술자에 따라 정말 다양한 편의성 있는 산업군으로 확장할 수 있습니다. 감사합니다.