熱電対（サーモカップル）の歴史と応用

熱電対（サーモカップル）は、異なる金属線を2本接合した装置で、1つの接合部は測定対象の温度、もう1つは基準となる低温に保たれます。金属間で生じる熱電起電力は温度差に比例し、電圧として測定できるため、安価で広範囲の温度測定が可能です。19世紀に発明され、現在では宇宙探査から家庭用機器まで幅広く利用されています。

種類

熱電対には多数のタイプがあり、米国で特に普及しているのはJ型とK型です。

• J型：鉄とコンスタンタン（銅‑ニッケル合金）で構成。0〜1,400℃の測定範囲。
• K型：クロメルとアルメルで構成。0〜2,300℃の測定範囲。
• その他：E型（クロメル‑コンスタンタン）、T型（銅‑コンスタンタン）など。

電圧と温度の関係

金属接合部で発生する微小電流は、デジタル電圧計で測定し、対応表や補正式を用いて温度に変換します。これにより、直接温度を読むことができるわけです。

トーマス・ヨハン・ゼーベック

1770〜1831年に活躍したドイツ・エストニア系物理学者トーマス・ヨハン・ゼーベックは、異なる金属を異温で接触させると電流が流れることを発見し、最初の熱電対を製作しました。当初はこの電流を磁気的なものと誤解し、"温度差による金属と鉱石の磁気分極" と報告していますが、現在ではこの現象は「ゼーベック効果」と呼ばれています。

レオポルド・ノビリ

ゼーベックの研究を基に、イタリアの物理学者レオポルド・ノビリ（1784〜1835）とマケドニオ・メローニは1826年に熱電バッテリー「サーモ・マルチプライヤー」を開発しました。熱電対と電流計（ガリバノメータ）を組み合わせたこの装置は、放射エネルギー測定に利用され、ノビリは現代的な熱電対の原型を作った人物として評価されています。

現代の利用状況

熱電対は、構造がシンプルで耐久性が高く、バッテリー不要、広温度範囲に対応できることから、宇宙探査機の温度監視、暖房機器、電子部品の製造プロセスなど、さまざまな分野で広く採用されています。