HEAVEN INSITE's Blog

　中学校の理科「エネルギーの移り変わり」で登場する謎の存在、それがペルチェ素子。塾で教えている子がペルチェ素子ってなんですか？って質問してきたけど正直言って私にもよく分からない。ということで調べてみました。

　「ペルチェ素子」とはパソコンの冷却装置などにも使われる電子部品で、電気を流すと片側は放熱、もう片側は吸熱反応をします。つまり吸熱だけをやってくれるのではなく、熱を移動（熱伝導）させるということ。だから片側は熱くなってしまう。

　また面白いのは、ペルチェ素子は熱の差があるもの（氷と熱湯とか）で素子を挟み込むと今度は逆に電気を発生させるということ。つまり「電気→熱伝導（ペルチェ効果）」もできるし「熱伝導→電気（ゼーベック効果）」ということもできる。

　で、なんで電気を流すと片側は吸熱反応をし、もう片側は放熱反応をする（ペルチェ効果）かと言うと、これは半導体の技術らしく、ペルチェ素子の構造は半導体を銅の電極が挟み込んでいる感じになっていて、この銅に電気が流れて半導体に電子が移動することでペルチェ効果が発生するようです。
　ポイントは電子が進みにくい場所では電子は「オレに力を分けてくれ！」と周りの熱エネルギーを消費（吸熱反応）し、進みやすい場所では「もうエネルギーいらないや」とエネルギーを熱にしてしまう（放熱反応）こと。

　ここらへんは私も難しくてあってるかどうか定かじゃないのですが、要約するとこんな仕組み。
　半導体には大きく二種類のタイプがあって、電圧をかけると余った電子が＋極に移動する「ｎ型（シリコン＋不純物のヒ素などでできている）」と、不足した電子の穴（正孔）が－極に移動していく「ｐ型（シリコン＋不純物のホウ素などでできている）」があります。
　電子はマイナスの電荷をもつので、同じ電子がキャリアーとなっている「ｎ型半導体」を通過するのにはとてもエネルギーが必要。だから周りの熱をエネルギーに変えないと電子はｎ型半導体を進めないようです。
　ｎ型を通過した電子は次に「ｐ型半導体」に向かうのですが、ｎ型とは逆にｐ型はエネルギー値が相対的に低いので電子は全然ウェルカム。むしろエネルギーが余るので熱として放出するそうです。

　ペルチェ素子における電子の移動をまとめるとこんな感じ。
①電極→ｎ型（高エネルギー地帯）：電子はエネルギー不足なので熱を使って進む（吸熱反応）。
②ｎ型→電極
③電極→ｐ型（低エネルギー地帯）：電子はエネルギーが余るので熱として放出（放熱反応）。
④ｐ型→電極
①に戻る。

　興味をもたれた方は工学部の人とかを見つけて聞いてください。そして私に解り易く説明してください（おいおい）。