Thomson-effekten - et termoelektrisk fænomen

Når en jævnstrøm går gennem en ledning, opvarmes den ledning iflg med Joule-Lenz-loven: den frigivne termiske effekt pr. volumenhed af lederen er lig med produktet af strømtætheden og styrken af ​​det elektriske felt, der virker i lederen.

Dette skyldes, at dem, der bevæger sig i ledningen under påvirkning af et elektrisk felt frie elektroner, der danner en strøm, kolliderer med krystalgitterets noder undervejs og overfører en del af deres kinetiske energi til dem, som et resultat begynder krystalgitterets noder at vibrere stærkere, det vil sige lederens temperatur stiger i hele dens volumen.

Jo flere elektrisk feltstyrke i en ledning — jo højere hastigheden af ​​de frie elektroner når at accelerere, før de kolliderer med krystalgitterets noder, jo mere kinetisk energi har de tid til at få på den frie vej, og jo mere momentum overfører de til noderne af krystalgitteret i øjeblikket på kollisionskurs med dem.Det er indlysende, at jo større det elektriske felt er, de frie elektroner i lederen accelereres, jo mere varme frigives i lederens volumen.

Lad os nu forestille os, at ledningen på den ene side er opvarmet. Det vil sige, at den ene ende har en temperatur højere end den anden ende, mens den anden ende har omtrent samme temperatur som den omgivende luft. Det betyder, at i den opvarmede del af lederen har de frie elektroner højere termiske bevægelseshastigheder end i den anden del.

Lader du tråden være i fred nu, vil den gradvist køle af. Noget af varmen vil blive overført direkte til den omgivende luft, noget af varmen vil blive overført til den mindre opvarmede side af tråden, og fra den til den omgivende luft.

I dette tilfælde vil de frie elektroner med højere termiske bevægelseshastigheder overføre momentum til de frie elektroner i den mindre opvarmede del af lederen, indtil temperaturen i hele lederens volumen er udlignet, det vil sige indtil termiske hastigheder bevægelse af de frie elektroner i hele lederens volumen udlignes.

Lad os komplicere eksperimentet. Vi forbinder ledningen til en jævnstrømskilde, forvarmer siden med en flamme, hvortil kildens negative terminal vil blive forbundet. Under påvirkning af det elektriske felt skabt af kilden vil de frie elektroner i ledningen begynde at bevæge sig fra den negative terminal til den positive terminal.

Derudover vil temperaturforskellen, der skabes ved forvarmning af ledningen, bidrage til bevægelsen af ​​disse elektroner fra minus til plus.

Vi kan sige, at kildens elektriske felt er med til at sprede varme langs ledningen, men de frie elektroner, der bevæger sig fra den varme ende til den kolde ende, bremses normalt, hvilket betyder, at de overfører yderligere varmeenergi til de omgivende atomer.

Det vil sige, at i retning af atomerne, der omgiver de frie elektroner, frigives yderligere varme i forhold til Joule-Lenz-varmen.

Opvarm nu den ene side af ledningen igen med en flamme, men forbind strømkilden med en positiv ledning til den opvarmede side. På siden af ​​den negative terminal har de frie elektroner i lederen lavere hastigheder af termisk bevægelse, men under påvirkning af kildens elektriske felt skynder de sig til den opvarmede ende.

Den termiske bevægelse af frie elektroner skabt ved forvarmning af ledningen forplanter sig til bevægelsen af ​​disse elektroner fra minus til plus. Frie elektroner, der bevæger sig fra den kolde ende til den varme ende, accelereres generelt ved at absorbere varmeenergi fra den opvarmede ledning, hvilket betyder, at de absorberer varmeenergien fra atomerne, der omgiver de frie elektroner.

Denne effekt blev fundet i 1856 britisk fysiker William Thomsonsom fandt det i en ensartet uensartet opvarmet jævnstrømsleder vil der ud over den varme, der frigives i henhold til Joule-Lenz-loven, blive frigivet eller absorberet yderligere varme i lederens volumen, afhængigt af strømmens retning (tredje termoelektrisk effekt) .

Mængden af ​​Thomson-varme er proportional med strømmens størrelse, strømmens varighed og temperaturforskellen i lederen.t — Thomson-koefficient, som er udtrykt i volt pr. kelvin og har samme størrelse som termoelektromotorisk kraft.

Andre termoelektriske effekter: Seebeck og Peltier effekt