熱電対の熱起電力は2つの金属の組み合わせで決まるそうですが,具体的に金属のどういう性質で決まるのでしょうか?私は2つの金属の熱伝導率の差できまるじゃないのかなぁとおもっているのですが。詳しい説明をお願いします。

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A 回答 (3件)

siegmund です.



> 異種金属の熱起電力の違いで決まります.
じゃあ,余り答になっていませんでしたね.
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=19863 の私の回答で

> 金属内部には自由に動ける電子(自由電子)がいっぱい詰まっています.
> 金属の内部に温度差があると,高温部の自由電子は低温部の自由電子より大きな
> 運動エネルギーを持っていますから,温度の低い方へ移動しようとします.
> これが熱起電力です.
> でも,1本の金属線に高温部と低温部を作ってももちろん電流は流れません
> (閉回路になっていないと電流は流れない).
> で,金属線の中はどうなっているかと言いますと,熱起電力によって自由電子が
> 移動すると,クーロン電場ができて電子の移動を妨げます.
> 熱起電力とクーロン電場がつりあったところで平衡状態になります.

と書きました.
金属中の自由電子の数は金属によって違っています.
また,自由電子は完全に自由ではなくてイオンのポテンシャルを受けて
バンドを作っていますが,バンドの状況も金属によって違います.
したがって,温度差と熱起電力の間の関係も金属によって異なります.
両者の関係をつける量を熱電能といっていまして,
同じ温度差でも熱電能がちがうと起電力が違うことになります.
どういう量の差で決まるかというなら,熱電能の差です.
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異種金属の熱起電力の違いで決まります.


熱伝導率の違いではありません.

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=19863
の私の回答をご覧下さい.
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熱電対は長いこと使っていましたが原理までは深く考えたことがありませんでした。

(汗;;)
ゼーペック効果ということだけは知っていたのですが、どうも熱伝導率ではなさそうです。下記URLをどうぞ。他にも「ゼーペック効果」で数多くヒットします。

参考URL:http://www.alab.t.u-tokyo.ac.jp/~ando/mesnote6.htm
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Q超伝導体の熱伝導率について

全く素人なので簡単にお答え頂ければ幸いです.
通常金属の場合熱伝導率は電気伝導率に比例して大きくなると教科書に書いてありました.
 超伝導体の場合熱伝導率は大変大きなものになるのでしょうか。またその関係は金属系の超伝導体と化合物超伝導体については異なるのでしょうか。電気伝導率は超伝導の場合無限に大きいと思っていましたがこれも間違いでしょうか。以上教えていただきますようお願いします。

Aベストアンサー

電気伝導と熱伝導の関係ですが
金属の場合、電子が熱を運ぶ割合が大きく、
熱を伝えるのに関わる電子の数や
移動のしやすさやが熱伝導率にそのまま利いてきます。
このとき熱というのは出鱈目なエネルギーを電子に与え
電子はそれに応じて、ばらばらに動くわけですが
全体として(あっち行ったり、こっち行ったりを
すべて合せると)ある方向(温度の低いほう)へ
エネルギー(熱)が伝えれれることになります。

一方、超伝導状態は、
電子が通常の伝導状態と異なり、
電子が一定の秩序をもって運動している状態です。
つまり、上に書いたようなばらばらなエネルギーを
個別に与えれられても電子1個としては対応できないわけで、
秩序を乱して、エネルギーを運ぶか、
出鱈目なエネルギーを運ぶのを止めるしかありません
(秩序を乱すには、他の電子にも負担がかかり、
 それなりに強いエネルギーでなくてはならないためです。
 熱自体は弱いエネルギーから
 強いエネルギーのつぶ(?)を含んでいるので
 全部が遮断されるわけではありません)。
したがって、超伝導状態では電子が熱をあまり伝えなくなります。
たとえば、極低温では熱スイッチとして使われています。
http://www.s.kanazawa-u.ac.jp/phys/physics_MC/ult_html/ADR.html

ということになると思います。

電気伝導と熱伝導の関係ですが
金属の場合、電子が熱を運ぶ割合が大きく、
熱を伝えるのに関わる電子の数や
移動のしやすさやが熱伝導率にそのまま利いてきます。
このとき熱というのは出鱈目なエネルギーを電子に与え
電子はそれに応じて、ばらばらに動くわけですが
全体として(あっち行ったり、こっち行ったりを
すべて合せると)ある方向(温度の低いほう)へ
エネルギー(熱)が伝えれれることになります。

一方、超伝導状態は、
電子が通常の伝導状態と異なり、
電子が一定の秩序をもって運動...続きを読む

Q熱伝導率と電気伝導率の関連性について

タイトルにも挙げたように金属や半導体における熱伝導率と電気伝導率はどのような関係を持っているのかがいまいち理解できません。分かる方がいらしたらぜひ教えてください、お願いします。

Aベストアンサー

 物質の熱とは格子振動、つまり原子核の振動なんですが、
それを伝えているのは通常電子なんです。
 熱せられ原子が振動しても、原子核同士が衝突する
わけでなないので、その振動(つまり熱)を伝える
担い手になっているのは、原子核の周りの電子及び電磁波なんです。

 ここでいきなり電磁波が出てきて少しフシギかもしれませんが、
電子も原子核を直接ぶつかっているわけではないので、
電子と原子核のエネルギーの交換の担い手としては電磁波が出てくる
のです。


 鉄を熱すると赤くなりますよね。つまり赤い光が
出てるわけじゃないですか。光ってつまりは電磁波
でしょ。周囲の電子、原子核に伝えても余るエネルギー
は電磁波のまま、物質の外に出てきてしまうわけです。

 熱した鉄に直に手を触れなくても、手を近づけた
だけで暖かく感じるのは、鉄の出す赤外線で熱せられた
空気の振動と、鉄の出す赤外線を直に人の手が
感じるからなんですが、いずれにせよ熱の伝達には電磁波が
つき物なんですが、電磁波は電子の運動で発生するもの。
だから、電子が自由に動ければ電磁波が発生しやすく
その電磁波が回りの電子に影響を与え、その電子が
動きやすければさらに電磁波の発生、そして周囲の格子振動
へと変わっていくわけです。(少しおおざっぱですが)
  動きやすい電子? つまり伝導帯にある自由電子が
多ければそれだけ熱は伝わりやすいのです。

 そのため一般には自由電子密度が大きい物質、つまり
金属は熱の良導体になります。自由電子が電流の
担い手であることはご存知ですね。

 ということで通常は熱の良導体は同時に電気の良導体に
なります。
 
 勿論例外も多々あります。その場合は自由電子が電気を運んで
いないわけです。ですから物質の電気的性質をより深く研究
するときは、その物質の比熱の変化とかいった熱力学的性質を
十分調べるのです。

 物質の熱とは格子振動、つまり原子核の振動なんですが、
それを伝えているのは通常電子なんです。
 熱せられ原子が振動しても、原子核同士が衝突する
わけでなないので、その振動(つまり熱)を伝える
担い手になっているのは、原子核の周りの電子及び電磁波なんです。

 ここでいきなり電磁波が出てきて少しフシギかもしれませんが、
電子も原子核を直接ぶつかっているわけではないので、
電子と原子核のエネルギーの交換の担い手としては電磁波が出てくる
のです。


 鉄を熱すると赤くなりま...続きを読む

Q宮城県大崎市に住んでいる中学3年生です。 自分の将来の夢はイラストレーターです、ですが高校すら決ま

宮城県大崎市に住んでいる中学3年生です。

自分の将来の夢はイラストレーターです、ですが高校すら決まっていません、近場がいいのでしょうが、農業系の学校ばかりで美術系の大学に行きたい身としてはあまり良いとは聞きません。

自分が知りたいのは
美術に力を入れている高校
美術系大学に入りやすい高校
イラストレーターを出している高校
です。

どれか1つだけでもいいので答えていただけると嬉しいです!

Aベストアンサー

宮城のことはわかりませんが中堅以上の普通科進学校に行きましょう。
そして美術予備校に通いましょう。
まず美術予備校の方を調べたほうがいいかも。
そこに近い高校を選ぶというのも方法です。

理由としては、たとえ美術に力を入れてる高校があったとしても予備校のレベルには至りません。
美大受験のためにはどの道、予備校に行かなければなりません。
なので高校は学費の安い公立の普通科進学校に行きましょう。

Q比熱と熱伝導率の温度特性について

炭素鋼の比熱と熱伝導率をハンドブックで調べると、
   
温度[℃]、比熱[J/kgK]、熱伝導率[W/mK]
200、514、48  
400、586、41
500、648、38
600、707、34
800、623、25
900、548、27

とありました。
このように、温度によって比熱や熱伝導率はどうして変化するのですか?
極大値や極小値があるのはどうしてですか?
また、この数値をある解析に使おうと考えており、
各温度の間は最小自乗法で補間しようと思っているのですが、
このような場合、補間は普通どういったものを使いますか?
素人的な質問をいろいろ書きましたが、
詳しい説明を宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

固体の比熱はDulong-Petitの法則として知られており、室温程度以上の領域なら定積モル比熱Cvは3Rで一定となります(結晶構造や原子間距離によらない)。ここにRはガス定数です。
ところがもし膨張を許すならその膨張により外界に仕事をするわけですから、もう少し余分の熱量が必要です(定圧モル比熱Cp)。具体的にはGrueneisen定数γを用いて
 Cp=Cv(1+γαT)
と表されます。γは物質ごとの値です。
γの温度依存性は小さいので定数とみなすと、定圧モル比熱が温度とともに少し大きくなることは理解いただけると思います。(ご質問の比熱は定積比熱、定圧比熱のいずれでしょうか? 通常ですと測定し易い定圧比熱の値だと思いますが。なお上記の説明では「モル比熱」を用いていますが、質量当たりの比熱([J/kg K])でも議論の本質が同じであることは申し上げるまでもありません)
さらに高温にした場合(ご質問の800℃以上)で比熱が下がっている理由は残念ながら分かりません、すみません。

熱伝導率の温度変化の説明には簡単な固体物性の知識が必要です。
固体中の熱は格子の弾性波に対応する量子(フォノン)によって運ばれます。熱伝導率κはフォノン1個の熱容量をc、固体中の音速をv、フォノンの平均自由行程をLとして
 κ=(1/3)c v L
と表されます。
高温ではフォノン同士の衝突機会が増えてフォノンの平均自由行程Lが短くなり、そのために熱伝導率が低下します。

補間は解析の種類や必要とする精度にもよりますが、大抵の場合(例えば有限要素法による熱伝導解析)は最小自乗法を持ち出すまでもなく折れ線近似で十分だと思います。比熱や熱伝導率の温度依存性の影響はそれで見ることができます。さらに詳細な変化まで追いたい、ということであれば改めて高次の近似をすればよいでしょう。

固体の比熱はDulong-Petitの法則として知られており、室温程度以上の領域なら定積モル比熱Cvは3Rで一定となります(結晶構造や原子間距離によらない)。ここにRはガス定数です。
ところがもし膨張を許すならその膨張により外界に仕事をするわけですから、もう少し余分の熱量が必要です(定圧モル比熱Cp)。具体的にはGrueneisen定数γを用いて
 Cp=Cv(1+γαT)
と表されます。γは物質ごとの値です。
γの温度依存性は小さいので定数とみなすと、定圧モル比熱が温度とともに少し大きくなることは理解いただけると思い...続きを読む

Q熱伝導

アルミとステンレスはどちらが熱を通しやすいのでしょうか?

Aベストアンサー

実験で両方の材料をよく使っていますので、その観点から補足を一言。
ステンレスは、通常手に入る金属材料の中で最も熱を伝え難い物質と思っていいです。こうしたわけでバスタブ、魔法瓶、そして様々な低温実験機器に使用されています。


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