エンベデッドシステムスペシャリスト 2012年午前2 問16

問題文

エネルギーハーベスティング（環境発電）に用いられる熱電変換素子の説明として、適切なものはどれか。

🖊️ 解答を隠して解いてみる

ア：自然光や人工光のエネルギーを、光起電力効果によって電気エネルギーに変換する。

イ：ゼーベック効果によって、温度差から電気エネルギーを発生する。（正解）

ウ：素子に照射される赤外線エネルギーの変化を、焦電効果によって検出する。

エ：ピエゾ効果によって、振動などの機械的エネルギーから電気エネルギーを発生する。

🔒 解説は解答すると表示されます

熱電変換素子は、物質の両端に温度差があると電圧が生じるゼーベック効果を利用し、熱エネルギーを電気エネルギーに変換します。

したがって、温度差から電気エネルギーを発生すると説明しているイが適切です。工場の排熱や体温など、身の回りにある熱を電力として回収するエネルギーハーベスティングに利用できます。

熱があれば発電できると思う
熱電変換では、熱の量だけでなく、素子の両端に温度差があることが重要です。
焦電効果とゼーベック効果を混同する
ゼーベック効果は温度差から電圧を得る仕組みです。一方、焦電効果は温度の変化に応じた電気的な変化を検出する仕組みです。
エネルギー源ではなく、効果の名称を見落とす
光・熱・振動のどのエネルギーを使うかと、光起電力・ゼーベック・焦電・ピエゾの対応を整理すると判断しやすくなります。

エネルギーハーベスティングは、周囲に存在する光、熱、振動などのエネルギーを回収し、電力として利用する技術です。得られる電力は一般に大きくありませんが、センサや小型の無線機器など、消費電力を抑えた機器への電力供給に役立ちます。

Q. ゼーベック効果では、温度差から何が生じますか？
A. 温度差によって電圧が生じます。回路を構成して電流を流すことで、電気エネルギーを取り出せます。

Q. 熱電変換素子は、周囲の温度が高ければ発電できますか？
A. 高温であることだけでは十分ではありません。素子の両端に温度差を設ける必要があります。

Q. 光、振動、熱に対応する効果は何ですか？
A. 光は光起電力効果、振動などの力はピエゾ効果、温度差はゼーベック効果に対応します。

関連キーワード: エネルギーハーベスティング、ゼーベック効果、熱電変換素子、光起電力効果、焦電効果、ピエゾ効果

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