Kesan Thomson — fenomena termoelektrik

Apabila arus elektrik terus melalui wayar, wayar itu dipanaskan mengikut dengan undang-undang Joule-Lenz: kuasa haba yang dilepaskan per unit isipadu konduktor adalah sama dengan hasil ketumpatan arus dan kekuatan medan elektrik yang bertindak dalam konduktor.

Ini kerana mereka yang bergerak dalam wayar di bawah tindakan medan elektrik elektron bebas, membentuk arus, berlanggar dengan nod kekisi kristal di sepanjang jalan dan memindahkan sebahagian daripada tenaga kinetiknya kepada mereka, akibatnya, nod kekisi kristal mula bergetar dengan lebih kuat, iaitu suhu konduktor meningkat sepanjang isipadunya.

Lebih banyak kekuatan medan elektrik dalam wayar — semakin tinggi kelajuan elektron bebas mempunyai masa untuk memecut sebelum berlanggar dengan nod kekisi kristal, semakin banyak tenaga kinetik yang mereka ada masa untuk mendapatkan di laluan bebas dan semakin banyak momentum yang dipindahkan ke nod kekisi kristal pada masa ini dalam laluan perlanggaran dengan mereka.Adalah jelas bahawa semakin besar medan elektrik, elektron bebas dalam konduktor dipercepatkan, semakin banyak haba dibebaskan dalam isipadu konduktor.

Sekarang mari kita bayangkan bahawa wayar di satu sisi dipanaskan. Iaitu, satu hujung mempunyai suhu yang lebih tinggi daripada hujung yang lain, manakala hujung yang satu lagi mempunyai suhu yang lebih kurang sama dengan udara sekeliling. Ini bermakna bahawa di bahagian konduktor yang dipanaskan, elektron bebas mempunyai kelajuan pergerakan haba yang lebih tinggi daripada bahagian lain.

Jika anda membiarkan wayar sahaja sekarang, ia akan beransur-ansur menjadi sejuk. Sebahagian daripada haba akan dipindahkan terus ke udara sekeliling, sebahagian daripada haba akan dipindahkan ke bahagian wayar yang kurang panas, dan daripadanya ke udara sekeliling.

Dalam kes ini, elektron bebas dengan kadar pergerakan haba yang lebih tinggi akan memindahkan momentum kepada elektron bebas di bahagian konduktor yang kurang panas sehingga suhu dalam keseluruhan isipadu konduktor disamakan, iaitu sehingga kadar haba. pergerakan elektron bebas sepanjang isipadu konduktor disamakan.

Mari rumitkan percubaan. Kami menyambung wayar ke sumber arus terus, memanaskan sisi dengan nyalaan yang mana terminal negatif sumber akan disambungkan. Di bawah pengaruh medan elektrik yang dicipta oleh sumber, elektron bebas dalam wayar akan mula bergerak dari terminal negatif ke terminal positif.

Di samping itu, perbezaan suhu yang dicipta dengan memanaskan wayar akan menyumbang kepada pergerakan elektron ini dari tolak ke tambah.

Kita boleh mengatakan bahawa medan elektrik sumber membantu menyebarkan haba sepanjang wayar, tetapi elektron bebas yang bergerak dari hujung panas ke hujung sejuk biasanya diperlahankan, yang bermaksud bahawa ia memindahkan tenaga haba tambahan ke atom di sekelilingnya.

Iaitu, ke arah atom yang mengelilingi elektron bebas, haba tambahan dibebaskan berbanding dengan haba Joule-Lenz.

Sekarang panaskan satu sisi wayar sekali lagi dengan nyalaan, tetapi sambungkan sumber arus dengan plumbum positif ke bahagian yang dipanaskan. Di sisi terminal negatif, elektron bebas dalam konduktor mempunyai kelajuan pergerakan haba yang lebih rendah, tetapi di bawah tindakan medan elektrik sumber mereka tergesa-gesa ke hujung yang dipanaskan.

Pergerakan haba elektron bebas yang dicipta dengan memanaskan wayar merambat kepada gerakan elektron ini dari tolak ke tambah. Elektron bebas yang bergerak dari hujung sejuk ke hujung panas biasanya dipercepatkan dengan menyerap tenaga haba daripada wayar yang dipanaskan, bermakna ia menyerap tenaga haba atom yang mengelilingi elektron bebas.

Kesan ini ditemui pada tahun 1856 ahli fizik British William Thomsonyang mendapati bahawa dalam konduktor arus terus yang tidak seragam dipanaskan secara seragam, sebagai tambahan kepada haba yang dibebaskan mengikut undang-undang Joule-Lenz, haba tambahan akan dibebaskan atau diserap dalam isipadu konduktor, bergantung pada arah arus (kesan termoelektrik ketiga) .

Jumlah haba Thomson adalah berkadar dengan magnitud arus, tempoh arus, dan perbezaan suhu dalam konduktor.t — Pekali Thomson, yang dinyatakan dalam volt per kelvin dan mempunyai saiz yang sama seperti daya thermoelectromotive.

Kesan termoelektrik lain: Kesan Seebeck dan Peltier