ゼーベック効果についての備忘録

ゼーベック効果（Seebeck effect）とは
「物体の両端に温度差を与えると、その間に電圧が発生する」という物理現象のこと。

1821年にドイツの物理学者トーマス・ゼーベックによって発見された。
現在では、温度を測るセンサーや、熱を電気に変える発電技術として幅広く利用されている。

ゼーベック効果の仕組みと原理

ゼーベック効果は
物質の中にある電荷を運ぶ粒子（キャリア）の動きによって起こる。

キャリアの拡散

物質の一部を熱すると、その部分の電子（または正孔）がエネルギーを得て激しく動き回る。
すると、熱い側にいたキャリアは、動きの穏やかな冷たい側へと移動（拡散）していく。

n型半導体（電子が主役）の場合

電子が熱い側から冷たい側へ移動するため
冷たい側がマイナス、熱い側がプラスの電位になる。

p型半導体（正孔が主役）の場合

正孔（穴）が熱い側から冷たい側へ移動するため
冷たい側がプラス、熱い側がマイナスの電位になる。

このキャリアの偏りによって電位差（電圧）が生まれる。

ゼーベック効果の数式での表現

発生する電圧 V は、基本的には温度差 ΔT に比例する。

• V：発生する電圧（起電力）
• S：ゼーベック係数（物質固有の値。感度のようなもの）
• ΔT：温度差

「ゼーベック係数」が大きい物質ほど、小さな温度差で大きな電気を作ることができる。
一般的に金属よりも半導体の方がこの係数が大きいため
実用的な素子には半導体が使われる。

ゼーベック効果の主な用途

① 温度の測定（熱電対）

異なる2種類の金属をつなげた「熱電対（ねつでんつい）」は
この効果を利用した最も身近なデバイス。
発生した電圧を測ることで、その場所の温度を正確に知ることができる。
家庭用の給湯器や、工場の高温炉などで使われている。

② 熱電発電（エネルギーハーベスティング）

工場の排熱、自動車のエンジン熱
さらには体温などの「捨てられている熱」を電気に変える技術のこと。

• 宇宙探査機
  太陽光が届かない深宇宙を飛ぶ探査機（ボイジャーなど）では
  放射性物質の崩壊熱をゼーベック効果で電気に変える「原子力電池（RTG）」が使われている。
  
• ウェアラブルデバイス
  体温と外気の温度差で発電し
  電池交換不要な時計やセンサーを作る研究が進んでいる。

ペルチェ効果との違い

ゼーベック効果と対になる現象として「ペルチェ効果」がある。

現象名	入力	出力	主な用途
ゼーベック効果	温度差	電気（電圧）	温度センサー、発電
ペルチェ効果	電気（電流）	温度差（冷却・加熱）	小型冷蔵庫 CPUクーラー

補足： これらは「熱電効果」という一つの大きな枠組みの中にあり、可逆的な関係にある。