【R5 上期 電験3種 理論 問12】ゼーベック効果とペルチェ効果及びホール効果の違いに関する論説問題

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この記事では、令和5年度 上期 電験3種 理論 問12の過去問解説をします。

令和5年度 上期 電験3種 理論 問12 問題文

図のように,異なる2種類の金属A, Bで一つの閉回路を作り、その二つの接合点を異なる温度に保てば、(ア)。この現象を(イ)効果という。
上記の記述中の空白箇所(ア)及び(イ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(ア) (イ)
(1) 電流が流れる ホール
(2) 抵抗が変化する ホール
(3) 金属の長さが変化する ゼーベック
(4) 電位差が生じる ペルチェ
(5) 起電力が生じる ゼーベック

解答・解説

この問題はゼーベック効果そのものです。

正解は(5)になります。

詳細を解説します。

ゼーベック効果

2種類の異なる金属を接合し、接合点の温度をおこなる温度にすれば、電流が流れます。これをゼーベック効果といいます。

いわゆる熱電対がゼーベック効果を利用しています。

なお、ホール効果とは、磁場のかかった試料に電流を流すと、それと垂直な方向にも電圧が生じる現象のことであり、本問とは関係ありません。

ペルチェ効果

ペルチェ効果とは、ゼーベック効果の逆バージョンです。2種類の異なる金属に電流を流せば、熱の吸収、放出が行われる現象のことであり、ペルチェクーラーで利用されています。

ペルチェクーラーの一例を示します。

図の構成例では半導体を使用していますが、異なる金属の間で電流を流せば一方が吸熱面、もう一方が放熱面となって、対象物を冷却したり、加温したりすることができます。

冷却の場合には、CPUのクーラーとして利用されたり、加温については冬場の浴室でのヒートショック防止のための暖房利用があります。

ホール効果

ホール効果は、電流が流れている物体に磁場を印加すれば起電力が生じる現象をいいます。

ちょうど令和5年度 上期 電験3種 理論 問11がホール効果の典型例です。

例えば、下図に示すように電流が流れている半導体に磁場を印加すれば、正孔あるいは電子がローレンツ力により左側に集まるので、多数キャリアが正孔か電子か、すなわちp形半導体かn形半導体かといった区別が可能になります。

ホール効果は、温度差などは一切関係ありませんので、本問においては誤りです。

電流が流れているp形半導体に磁場を印加した場合

電流が流れているn形半導体に磁場を印加した場合

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