Thomsonov učinek - termoelektrični pojav

Ko enosmerni električni tok teče skozi žico, se ta žica segreje glede na z Joule-Lenzovim zakonom: sproščena toplotna moč na prostorninsko enoto vodnika je enaka produktu gostote toka in jakosti električnega polja, ki deluje v prevodniku.

To je zato, ker se tisti, ki se premikajo v žici pod delovanjem električnega polja prosti elektroni, ki tvorijo tok, na poti trčijo v vozlišča kristalne rešetke in jim prenesejo del svoje kinetične energije, posledično začnejo vozlišča kristalne rešetke močneje vibrirati, to je temperatura prevodnika dvigne po vsej prostornini.

Bolj jakost električnega polja v žici - čim večja je hitrost prostih elektronov, ki imajo čas, da pospešijo, preden trčijo v vozlišča kristalne mreže, več kinetične energije imajo časa pridobiti na prosti poti in več zagona prenesejo na vozlišča kristalne mreže. kristalna mreža v tem trenutku na poti trčenja z njimi.Očitno je, da večje kot je električno polje, pospešeni so prosti elektroni v prevodniku, več toplote se sprosti v prostornini prevodnika.

Zdaj pa si predstavljajmo, da je žica na eni strani segreta. To pomeni, da ima en konec temperaturo višjo od drugega konca, medtem ko ima drugi konec približno enako temperaturo kot okoliški zrak. To pomeni, da imajo prosti elektroni v segretem delu prevodnika večje hitrosti toplotnega gibanja kot v drugem delu.

Če žico zdaj pustite pri miru, se bo postopoma ohladila. Nekaj ​​toplote bo prešlo neposredno na okoliški zrak, nekaj toplote na manj segreto stran žice, z nje pa na okoliški zrak.

V tem primeru bodo prosti elektroni z večjimi hitrostmi toplotnega gibanja prenašali gibalno količino na proste elektrone v manj segretem delu prevodnika, dokler se temperatura v celotnem volumnu prevodnika ne izenači, to je dokler hitrosti toplote gibanje prostih elektronov po celotnem volumnu prevodnika je izenačeno.

Zakomplicirajmo poskus. Žico priključimo na vir enosmernega toka, pri čemer s plamenom predhodno segrejemo stran, na katero bo priključen negativni priključek vira. Pod vplivom električnega polja, ki ga ustvari vir, se bodo prosti elektroni v žici začeli premikati od negativnega pola k pozitivnemu koncu.

Poleg tega bo temperaturna razlika, ki nastane s predgretjem žice, prispevala k gibanju teh elektronov od minusa do plusa.

Lahko rečemo, da električno polje vira pomaga pri širjenju toplote vzdolž žice, vendar so prosti elektroni, ki se gibljejo od toplega proti hladnemu koncu, običajno upočasnjeni, kar pomeni, da prenašajo dodatno toplotno energijo na okoliške atome.

To pomeni, da se v smeri atomov, ki obkrožajo proste elektrone, sprosti dodatna toplota glede na Joule-Lenzovo toploto.

Zdaj ponovno segrejte eno stran žice s plamenom, vendar povežite vir toka s pozitivnim vodnikom na ogrevano stran. Na strani negativnega terminala imajo prosti elektroni v prevodniku nižje hitrosti toplotnega gibanja, vendar pod delovanjem električnega polja vira hitijo na segreti konec.

Toplotno gibanje prostih elektronov, ki nastane s predgretjem žice, se razširi na gibanje teh elektronov od minusa do plusa. Prosti elektroni, ki se gibljejo od hladnega do vročega konca, se običajno pospešijo z absorbiranjem toplotne energije iz segrete žice, kar pomeni, da absorbirajo toplotno energijo atomov, ki obdajajo proste elektrone.

Ta učinek je bil ugotovljen leta 1856 Britanski fizik William Thomsonki je ugotovila, da v enakomerno neenakomerno segretem enosmernem prevodniku se bo poleg sproščene toplote po Joule-Lenzovem zakonu v prostornini prevodnika sprostila ali absorbirala dodatna toplota, odvisno od smeri toka (tretji termoelektrični učinek) .

Količina Thomsonove toplote je sorazmerna z velikostjo toka, trajanjem toka in temperaturno razliko v prevodniku.t — Thomsonov koeficient, ki je izražen v voltih na kelvin in ima enako velikost kot termoelektromotorna sila.

Drugi termoelektrični učinki: Seebeckov in Peltierjev učinek