Thomson-effekten - et termoelektrisk fenomen
Når en elektrisk likestrøm går gjennom en ledning, varmes den ledningen opp iht med Joule-Lenz-loven: den frigjorte termiske effekten per volumenhet av lederen er lik produktet av strømtettheten og styrken til det elektriske feltet som virker i lederen.
Dette er fordi de som beveger seg i ledningen under påvirkning av et elektrisk felt frie elektroner, og danner en strøm, kolliderer med nodene til krystallgitteret underveis og overfører en del av deres kinetiske energi til dem, som et resultat begynner nodene til krystallgitteret å vibrere sterkere, det vil si temperaturen til lederen stiger gjennom hele volumet.
Jo mer elektrisk feltstyrke i en ledning — jo høyere hastigheten til de frie elektronene rekker å akselerere før de kolliderer med nodene i krystallgitteret, jo mer kinetisk energi har de tid til å få på den frie banen og jo mer fart overfører de til nodene til krystallgitteret for øyeblikket på kollisjonskurs med dem.Det er åpenbart at jo større det elektriske feltet, de frie elektronene i lederen akselereres, jo mer varme frigjøres i volumet til lederen.
La oss nå forestille oss at ledningen på den ene siden er oppvarmet. Det vil si at den ene enden har høyere temperatur enn den andre, mens den andre enden har omtrent samme temperatur som luften rundt. Dette betyr at i den oppvarmede delen av lederen har de frie elektronene høyere termiske bevegelseshastigheter enn i den andre delen.
Hvis du lar ledningen være i fred nå, vil den gradvis kjøles ned. Noe av varmen vil bli overført direkte til omgivelsesluften, noe av varmen vil overføres til den mindre oppvarmede siden av ledningen, og fra denne til luften rundt.
I dette tilfellet vil de frie elektronene med høyere termiske bevegelseshastigheter overføre momentumet til de frie elektronene i den mindre oppvarmede delen av lederen til temperaturen i hele volumet av lederen er utjevnet, det vil si inntil termisk hastighet. bevegelse av de frie elektronene gjennom hele volumet av lederen utjevnes.
La oss komplisere eksperimentet. Vi kobler ledningen til en likestrømkilde, forvarmer siden med en flamme som den negative terminalen til kilden vil bli koblet til. Under påvirkning av det elektriske feltet skapt av kilden, vil de frie elektronene i ledningen begynne å bevege seg fra den negative terminalen til den positive terminalen.
I tillegg vil temperaturforskjellen som skapes ved forvarming av ledningen bidra til bevegelsen av disse elektronene fra minus til pluss.
Vi kan si at det elektriske feltet til kilden bidrar til å spre varme langs ledningen, men de frie elektronene som beveger seg fra den varme enden til den kalde enden bremses vanligvis ned, noe som betyr at de overfører ekstra varmeenergi til de omkringliggende atomene.
Det vil si at i retning av atomene som omgir de frie elektronene, frigjøres ytterligere varme i forhold til Joule-Lenz-varmen.
Varm nå den ene siden av ledningen igjen med en flamme, men koble strømkilden med en positiv ledning til den oppvarmede siden. På siden av den negative terminalen har de frie elektronene i lederen lavere hastigheter for termisk bevegelse, men under påvirkning av det elektriske feltet til kilden skynder de seg til den oppvarmede enden.
Den termiske bevegelsen til frie elektroner opprettet ved å forvarme ledningen forplanter seg til bevegelsen til disse elektronene fra minus til pluss. Frie elektroner som beveger seg fra den kalde enden til den varme enden akselereres vanligvis ved å absorbere varmeenergi fra den oppvarmede ledningen, noe som betyr at de absorberer varmeenergien til atomene som omgir de frie elektronene.
Denne effekten ble funnet i 1856 Britisk fysiker William Thomsonsom fant det i en jevnt ujevnt oppvarmet likestrømsleder, i tillegg til varmen som frigjøres i henhold til Joule-Lenz-loven, vil tilleggsvarme frigjøres eller absorberes i volumet til lederen, avhengig av strømmens retning (tredje termoelektrisk effekt) .
Mengden Thomson-varme er proporsjonal med størrelsen på strømmen, strømmens varighet og temperaturforskjellen i lederen.t — Thomson koeffisient, som uttrykkes i volt per kelvin og har samme størrelse som termoelektromotorisk kraft.
Andre termoelektriske effekter: Seebeck og Peltier-effekt