ゼーベック効果は何故起こる？

質問

「合金を使用しない熱電対」で質問をした者です。
ゼーベック効果とは何故起こるのでしょうか？
「2つの異なる金属を組み合わせ,両端に温度差を付けると,電位差がどーのこーので起電力が発生する。」
大体こんな感じの説明をよく見ます。
では,2つの異なる金属の「何が」異なるから電流が流れるのでしょうか。比熱や抵抗値でしょうか？数種の組み合わせの熱電対が実用化されておりますが,それらの組み合わせは何故大きな起電力が得られるでしょうか？
毎度申し訳ございませんが,どなたかアドバイス宜しくお願い致します。

回答No.3

noname#11476 · ベストアンサー

>「金属表面のポテンシャル高さ」と「真空中エネルギー」が何か
同じことを意味しています。
つまり仕事関数というのは電子が放出される最低エネルギーですが、それは周囲の環境に影響されます。
ですから、厳密には金属表面のポテンシャル高さというのが正しいのですが、通常仕事関数の測定は真空中で行うので、真空中エネルギーとしてもよいということです。

>真空中エネルギーというのは真空準位と同じものと考えてよろしいのでよね？
そうです。

お礼

本当に色々とお世話になりました。
未だこの件に関し,知りたいことが全て判明したわけではないですが,おかげさまで大幅な進展があり,今後も調査頑張ります。何から何まで本当にありがとうございました。

回答No.2

noname#11476

>熱電対によって測定温度範囲・常用限界が出てくるのは何故なのでしょうか？
上限については主に金属自身の耐熱性が関係しているでしょう。安定に存在できない（溶けるとか酸化するとか）状況になれば問題です。接合部での拡散が起きても駄目ですし。

低温域は多分起電力が低下するのでその辺りではないかと。

とりあえず一個作ればよいだけであれば、差の大きそうで使えそうなものを用意して接触させて測定してみた方がよいです。
接合部分の状態により測定値はかなり変わります。
理由は、、、、原理に戻る話しになるので、省略します。

もし幾つも安定に作ろうとしているのだとするとそれは極めて難しく、考えるよりまずはご自身で色々試みて、どういう物なのかを体験してからの方がよいと思いますよ。

起電力のある物質同士の場合は、単に２本の金属の線を束にしてよじり、接触させるだけで起電力は発生します。

お礼

丁寧なご回答ありがとうございます。
仕事関数＝(真空中エネルギー)－(フェルミエネルギー)
とおっしゃっていたのですが,調べてみたところ
仕事関数＝(金属表面のポテンシャル高さ)－(フェルミエネルギー)
となっておりました。「金属表面のポテンシャル高さ」と「真空中エネルギー」が何かよくわかっておりませんが,フェルミ準位の差を調べるためには仕事関数のみではなくこの2つ（のどちらか）についても調べれなければならないような気が致しますがどうなのでしょうか？ちなみにこれらについては現在調査中です。
真空中エネルギーというのは真空準位と同じものと考えてよろしいのでよね？
質問ばかりで大変申し訳ございません。

回答No.1

noname#11476

ゼーベック効果とは何故起こるのでしょうか？
「フェルミ準位」と聞いてわかりますか？
わからないと、、、統計熱力学及び量子力学の基礎を学ばないと理解できません。

簡単にはフェルミ準位の異なる金属同士を接触させると電子は準位の低いほうに行き、準位を同一にしますので、界面では電位差が生じます。この接合を２つ用意して２つの接合の温度差があると、導体Ａ，Ｂ内には正孔の移動により電界が発生するので起電力を観測できます。
まあ詳しくはきちんとした専門書を基礎から読んで理解するしかないです。

>では,2つの異なる金属の「何が」異なるから電流が流れるのでしょうか。
フェルミ準位です。

>それらの組み合わせは何故大きな起電力が得られるでしょうか？
フェルミ準位が大きく異なるからです。

金属のフェルミ準位を表した表はちょっとわかりませんが、調べたいのであれば、
仕事関数＝真空中エネルギ　ー　－フェルミエネルギー
なので、仕事関数が小さい＝フェルミエネルギーが大きいということになります。
各金属の仕事関数は多分理科年表などを見れば乗っているかと。

お礼

丁寧なご説明ありがとうございます。
知識不足のため理解出来ませんでしたが,ヒントとなる単語,調べる方向性がわかったのでだいぶ調べやすくなりました。ありがとうございました。すぐに調べ始めようと思います。

補足

代表的な金属の仕事関数を調べることが出来ました。
ここで新たな疑問が。熱電対によって測定温度範囲・常用限界が出てくるのは何故なのでしょうか？
また,コンスタンタンなどの仕事関数がわからず,どの程度の起電力が期待出来るのかもわかりません。自力で調査続行しますが,助言があれば宜しくお願い致します。