열전기: 열전대와 제벡 효과 이해

부품 및 재료

• 맨(비절연) 구리선
• 맨(비절연) 철선 (없으면 알루미늄)
• 양초
• 얼음 조각

참조

전기 회로 수업, 1권, 9장: "전기 계측 신호"

학습 목표

• 열전대 작동 원리와 실용 목적 설명

회로도

일러스트레이션

실험 지시사항

1. 철선 한쪽 끝을 구리선 한쪽 끝에 꼬아 연결. 자유단들을 터미널 스트립에 연결. 전압계 가장 민감한 레인지로 설정, 스트립 단자에 연결. 미터 거의 0전압 읽어야 함.

2. 이 조립이 열전대(thermocouple), 접합부(꼬인 팁)와 스트립 기준점 사이 온도 차에 비례하는 전압 생성 장치. 팁 온도 = 스트립이면 전압 0.

3. 양초 켜고 꼬인 팁을 불꽃에 넣기. 전압계 관찰: 양전압 나타남. 팁 빼서 식히고 전압 0 근방 복귀 확인.

4. 팁 얼음 조각에 대고 전압 기록. 불꽃 읽기보다 크거나 작은지, 극성 반전되는지 확인. 손가락 사이 끼워 팁 데우며 전압 0 향해 트렌드 관찰.

5. 실험은 제벡 효과(Seebeck effect) 시연 – 도체 온도 기울기로 전압 생성. 열전대 이 원리 활용, 두 이종 금속 제벡 전압 차이 측정.

과학적 배경

열전대는 한쪽 끝 결합된 두 다른 금속으로 구성. 접합부가 다른 끝들 기준 온도 차 경험하면 각 금속 자체 제벡 전압 발달. 측전 전압은 이 두 전압 차이:

온도 차와 전압 관계 반복 가능하고 대체로 선형이므로 열전대 신뢰도 높은 온도 센서로 널리 쓰임. 금속 쌍 선택해 측정 온도 범위 맞춤 가능.