A 回答 (2件)
- 最新から表示
- 回答順に表示
No.1
- 回答日時:
問題とされているのはペルチェ係数でなくゼーベック係数の温度依存のことですね(確認)?
話を半導体の場合に限定しますが、ゼーベック係数 α{V/K] は α= k/e{ln(N/c)+A} で表されます[1]←末尾のURL番号
kはボルツマン定数[J/K]、eは素電荷[C]、Nは価電子帯または伝導帯の有効状態密度[1/m^3]、cはキャリア濃度[1/m^3]、Aは定数です。k/eは定数ですので、ゼーベック係数を決めているのは N/c になります。cが大きい金属ではゼーベック係数が小さくなります。ゼーベック係数の温度依存は N/cの温度依存です。
n型半導体の場合、Nは伝導帯の有効状態密度で、これをNcと書くと、Nc=(2πmkT/h^2)^(3/2)、mは電子の有効質量[kg]、Tは絶対温度[K]、hはプランク定数[J・s]です[2]。p型半導体の場合はmを正孔の有効質量とします。この式から分かるように、Nの式自身にTの項が入っているので温度依存があります(T^1.5で変化)。
一方、キャリア濃度cは、n型やp型半導体の場合、バンドギャップの大きさと不純物準位の位置によって温度依存が異なります(これは習っているかな?)。不純物レベルからキャリアが出払っている温度領域(飽和領域)ではキャリア濃度の温度依存はあまりありませんが、温度がそれより上がって、バンドギャップを超えてくるキャリアが支配的になってくると、温度増加とともにキャリア濃度 c が急激に増加します[2]。問題となっている温度依存の温度範囲がこのどこに該当するかは、同じ半導体でもドーピング材料によって違いますし、バンドギャップが違えばまた違ってきます。したがって、ゼーベック係数の温度依存は、大雑把な言い方をすれば、 N/cの温度依存というしかないです。
私は熱電変換デバイスの専門家ではありませんが、今回deepdayさんの質問に10日以上回答がついていなかったので可哀想に思い、ちょっとWebで調べてみたのですが(学校の宿題でない物理探求的な質問は好きなので)、個々の材料のゼーベック係数の温度依存はいろいろ出ていますが、それをきちんと説明したものはないですね(詳しく調べていませんが)。その値をいかに大きくするとか、材料による大きさの違いはよく出ていますが。
今回、金属の場合の温度依存は調べていませんが、自由電子数の温度依存で説明できるのではないでしょうか。熱電対は金属材料が多いですが、これは熱起電力は小さいけど、温度依存が小さい(直線性が良い)という理由でしょうかね。私は仕事でペルチェ素子も熱電対もよく使いますが、何の疑問も持たずただ道具として使っているだけで、こういう質問を見ると、もっと好奇心を持たなければと反省してしまいます。
[1] http://www.bekkoame.ne.jp/~shin_/zai/zaifusi.htm
[2] http://spirit.pe.titech.ac.jp/lectures/secret/bu …
熱電材料について、高温での良好な材料として鉛-テルル系の材料が紹介されていたのですが、英語の論文である上に研究者も外国人でして概要が理解できませんでした。その中で熱電材料に求められる特性に、ゼーベック係数の話も出ていたのです。
半導体についてのゼーベック係数とこれが同じ話であるかはちょっと理解できませんが(勉強不足です)、詳しい解説有難うございました。
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- エアコン・クーラー・冷暖房機 冷房の動作効率上げるために、冷水温度上げるといいらしいです。なぜですか? エネルギー管理士の法規20 3 2023/07/26 19:56
- 化学 体温と同じ温度の水と空気では、なぜ感じ方が違うのか 4 2022/06/30 08:33
- 地球科学 地球温暖化について 8 2022/08/01 11:56
- 物理学 技術士 専門科目 1 2022/11/25 20:37
- 宇宙科学・天文学・天気 気圧の高低と温度の高低には関係がありますか? 太陽からの受熱量が多い⇔暖かい⇔空気が膨張して上昇する 3 2022/09/18 23:59
- 物理学 磁場は温度の影響を受けますか。磁場です。 高温低温。 磁力線は温度の影響を受けますか。磁力線です。 2 2023/08/27 09:11
- 環境学・エコロジー 地球温暖化って深刻な問題でしょうか? 7 2022/04/28 20:50
- 冷蔵庫・炊飯器 家庭用冷蔵庫の温度設定を下げた方が、冷凍保存している食品の保存期間は長くなりますか? 2 2022/05/21 17:12
- 地球科学 地球科学 温室効果の問題です。 3 2022/07/24 11:46
- 大学・短大 【マクロ経済学】 ①輸入に占める製品の比率が上昇すると、乗数の波及効果にはどのような影響があるか? 1 2023/01/26 12:59
このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています
おすすめ情報
このQ&Aを見た人がよく見るQ&A
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
-
degってなんですか
-
凪について
-
熱交換の基礎式を教えてください。
-
配管の中の温水と配管の表面温...
-
保冷バッグの内側にアルミシー...
-
プールからの放熱量
-
電子レンジを使用していないの...
-
なぜ、水飲み鳥が動く力を使っ...
-
窓ガラスにアルミ箔を貼ると断...
-
有機溶剤の蒸発速度
-
太陽の光を集めると何度ぐらい...
-
JIS/ISO規格に基づくサンプル数...
-
冷房の動作効率上げるために、...
-
結露?夜のバイクや車に露が降...
-
精液って蒸発するんですか?
-
ヒステリシス(温度履歴)について
-
モーター 連続定格と短時間定格
-
温度単位(K)について教えてく...
-
白煙防止装置の原理と加熱につ...
-
電気コードを巻いて使用しても...
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
-
degってなんですか
-
凪について
-
有機溶剤の蒸発速度
-
電気コードを巻いて使用しても...
-
なぜ解答でmACA(t₁−tA)でなくmA...
-
真冬の川や池の水温
-
なぜ、水飲み鳥が動く力を使っ...
-
電子レンジを使用していないの...
-
水和熱とは何ですか?簡単に教...
-
保冷バッグの内側にアルミシー...
-
太陽の光を集めると何度ぐらい...
-
K型熱電対の起電力からの温度換算
-
精液って蒸発するんですか?
-
温度の華氏は不便か?
-
使い捨てカイロが暖かくなった...
-
窓ガラスにアルミ箔を貼ると断...
-
配管の中の温水と配管の表面温...
-
熱交換の基礎式を教えてください。
-
射出成形での樹脂づまりについて
-
モーター 連続定格と短時間定格
おすすめ情報