과학탐구대회- 아두이노와 열전소자의 활용 방안 탐구

소개

과학탐구발표대회에서 탐구했던 내용으로, 열전소자와 아두이노를 이용한 자동체온조절기기에 대한 내용입니다.

목차

1. 탐구 배경 및 필요성

2. 탐구 내용
①열전 효과의 원리
②열전 소자의 구조
③열전 소자의 장점과 기술적 한계

3. 탐구 과정
①제백 효과
②펠티어 효과

4.탐구 결과(결론)

5.제작 과정

6.참고 자료

본문내용

-탐구 배경 및 필요성
고등학교 물리 시간에 n형 반도체와 p형 반도체에 대해 배우고 난 후, 이러한 반도체를 실제로는 어떻게 활용하는지 궁굼증이 생겼었다. 며칠이 지난 후, 나는 극심한 폭염으로 인한 사망자가 발생하고 있고 그중 대부분이 노인들이라는 뉴스를 보게 되었다. 이러한 뉴스를 본 후 자신들도 모르게 더위로 인해 극심한 고통을 받는 노인들을 위해 자동으로 체온을 조절하는 장치가 있으면 좋겠다는 생각을 하게 되었고 이때 물리시간에 배운 반도체를 이용하면 좋겠다는 생각이 들어 찾아보니 열전소자라는 p형반도체와 n형 반도체를 이용해 신기한 물리적인 특성을 가지고 있는 소자를 발견하게 되었다. 마침 아두이노에 대해 관심을 갖고 있었던 나는 아두이노의 온도 센서를 이용해 자동으로 체온을 조절할 수 있는 장치를 만들 수 있겠다는 생각이 들어 탐구하게 되었다.이를 예방하기 열전 소자와 아두이노를 이용하여 자동으로 체온을 조절해주는 웨어러블 기기를 만든다면 효과적으로 폭염으로 인한 피해를 줄일 수 있을 것이라 생각한다.

<중 략>

-열전소자를 이용한 열전 기술은 태양열발전처럼 밤낮의 영향이나 날씨의 영향을 받지 않고, 열이 존재하는 환경에서 전력을 손쉽게 생산하여 수확할 수 있다는 장점을 가지고 있어 앞으로의 발전 가능성을 매우 높게 평가한다. 또한 기존의 에너지 발전기에서 발생하는 소음이나 기계적 접촉에 의한 부품의 손실이 없는 것이 특징이다. 특히, 자유롭게 모양의 변형이 가능한
유연 열전소자는 일반적인 열전소자와는 다르게 웨어러블 기기나 소형 전자기기에서도 활용도 높은 사용이 가능하여 많은 제품 개발에 있어서 선택의 폭을 넓혀준다.

-열전도도를 높이고 열전효과를 더욱 효과적으로 보기 위해 열전소자에 팬,써멀구리스 등이 첨가되어있는 쿨러를 구입하여 실험을 진행하였다. 최대 출력 전압이 5v인 아두이노를 활용해 12v 쿨러를 제어하기 위해 릴레이 모듈을 이용하였고, 실제 온도에 따라 열전소자를 제어하기 위해 온습도 센서를 이용해 온도가 특정 온도 이상일 경우에는 열전소자가 켜지고 그렇지 않은 경우에는 꺼지도록 코딩을 하였다.

참고자료

· 연합뉴스 ‘<현경숙의 시각> 폭염 인명 피해를 알고나 있나’
· 동국대학교 논문‘산화아연 필름을 이용한 표면탄성파 센서의 주파수 특성 분석’
· 한서대학교 논문:에너지 하베스팅 열전소자를 접목한 제품 디자인에 대한 고찰 : 응급상황 시 유용하게 사용할 수 있는 랜턴 디자인을 중심으로(박송이, 한서대학교 국제디자인융합전문대학원,[2019] [국내석사]
· 열전소자의 모듈강도 및 신뢰성 향상을 위한 최적 조건 연구(백규동, 영남대학교 일반대학원,[2015] [국내석사])