신소재공학실험 | 열전대를 이용한 온도 측정

 

 

 

TIP

 

 

1. 서로 다른 두 종류의 금속의 기전력 발생을 이용한 온도 측정 장치(열전대)로 온도를 측정할 수 있다.
2. 열전대의 특징과 원리에 대한 이론을 습득할 수 있다.
3. 온도와 기전력 사이 관계를 이해 할 수 있다.

 

 

 

열전소자

크게 전기저항의 온도 변화를 이용한 소자인 서미스터, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에효과를 이용한 소자인 펠티에소자 등이 있다. 서미스터는 온도에 의해 전기저항이 크게 변화하는 일종의 반도체소자로서, 전기저항이 온도의 상승에 의해 감소되는 NTC 서미스터(negative temperature coefficient thermistor), 온도 상승에 의해 저항이 증가 하는 정온도계수 서미스터(PTC:positive temperature coefficient thermistor) 등을 사용한다. 서미스터는 몰리브데넘· 니켈· 코발트· 철 등 산화물을 복수 성분으로 배합하여 이것을 소결해서 만들며, 회로의 안정화와 열· 전력· 빛 검출 등에 사용한다.

 

 

제벡효과

2종류의 금속 또는 반도체의 양 끝을 접합하여 거기에 온도 차를 주면 회로에 열기전력을 일으킨다. 이것을 제벡효과라 한다. 이 현상은 1821년에 T. Seebeck이 Cu와 Bi 또는 Sb에 대하여 발견했다. 열기전력을 측정하여 온도로 환산하는 열전대식 온도계는 공업적으로도 널리 이용되고 있고, 고온에서 극저온까지 각종 열전대가 개발되어 있다. 온도계측용의 열전대에는 은-금(철 첨가), 크로멜-금(철 첨가), 구리-콘스탄탄, 크로멜-콘스탄탄, 크로멜-알루멜, 백금ㆍ로듐-백금, 텅스텐-텅스텐 레늄 등, 여러 가지가 있다. 한편 반도체는 금속에 비해서 열전능(제벡 계수)이 1000배나 크기 때문에 이것을 사용한 열전기 발전기가 개발되어 극지의 무인관측소나 등대, 해저 비콘용 전원 등에 이용되고 있다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 먼저 위의 사진들과 같이 열전대의 회로를 구성한다.

 

2) 기준부에 보온병을 위치시켜 얼음을 담아 C 로 만든다.

 

3) Hot Plate에 물을 담은 용기를 올려 물의 온도를 높힌다.

 

4) 올라가는 물의 온도를 온도계의 눈금을 통해 읽어서 30 C부터 70 C까지 5 C 간격으로 기전력을 측정한다.

 

 

 

[신소재공학실험]열전대를 이용한 온도 측정 레포트