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위대한 과학자의 이름을 떠올려 봅시다. 마리 퀴리, 아이작 뉴턴 등 익숙한 이름 사이에서 무더운 여름 절대 잊지 말아야 할 이름이 하나 뇌리를 스칩니다. 에어컨을 발명한, 윌리스 캐리어입니다. 그가 없었다면 여름이 얼마나 끔찍했을지 상상하기도 싫습니다. 

이번에는 캐리어의 업적을 기억하며 에어컨을 만들어 봅시다. 주변에서 볼 수 있는 에어컨의 원리를 그대로 구현하려면 증발기와 압축기, 냉매 등 구해야 할 게 많습니다. 험난한 가시밭길이 예상되네요….

또 다른 위대한 과학자, 장 샤를 아타나스 펠티에의 도움을 받아 냉각 방식을 바꿔야겠습니다. 펠티에는 1834년, 두 종류의 금속을 붙여 전류를 흘리면 붙인 면에서 열이 발생하거나 흡수될 수 있다는 사실을 발견했죠. 반도체를 활용하면 이 현상을 극대화할 수 있습니다. 이 원리를 이용한 반도체 소자를 ‘펠티에 소자’라고 부릅니다.

반도체는 크게 P형 반도체와 N형 반도체로 나뉩니다. P형 반도체에는 전자가 들어갈 자리인 정공이 있고, N형 반도체에는 자유롭게 돌아다니는 자유전자가 있습니다. 전류가 흐르고 자유전자가 정공에 들어가면 에너지(열)를 방출하고 안정한 상태가 됩니다. 거꾸로 정공에 있던 전자가 자유전자가 될 때는 에너지를 흡수합니다.

N형 반도체와 P형 반도체를 도선으로 연결한 뒤, 열을 방출하는 부분과 흡수하는 부분을 양면에 분리한 것이 펠티에 소자입니다. 전류를 흘려주면 한쪽 면(발열부)의 온도가 높아지고 반대편(흡열부)의 온도는 낮아집니다. 

펠티에 소자는 커피 한 잔 값이면 인터넷에서 손쉽게 살 수 있습니다. 냉각팬과 방열판도 두 개씩 준비합니다. 펠티에 소자가 만드는 열과 냉기를 잘 방출하기 위한 장치죠. 

발열부에 부착할 방열판은 크기가 클수록 좋습니다. 펠티에 소자의 냉각 성능은 발열부의 열을 잘 방출할수록 높아지기 때문입니다.

펠티에 소자 양면에 방열판과 냉각팬을 붙입니다. 그리고 병렬로 연결한 펠티에 소자와 냉각팬에 전원을 연결하면 완성! 27.2℃ 실내에서 실험했을 때, 전류를 흘린 지 2분만에 펠티에 소자의 흡열부는 5.1℃까지 차가워졌습니다. 냉기가 냉각팬의 바람을 타고 솔솔 전해왔죠. 작고 소중한 나만의 에어컨 만들기, 성공입니다. 메르시, 펠티에! 땡큐, 캐리어!