Thomson-effektus - termoelektromos jelenség
Amikor egy vezetéken egyenáram halad át, az a vezeték felmelegszik a szerint a Joule-Lenz törvénnyel: a vezető egységnyi térfogatára jutó felszabaduló hőteljesítménye egyenlő az áramsűrűség és a vezetőben ható elektromos tér erősségének szorzatával.
Ez azért van, mert azok, amelyek elektromos mező hatására mozognak a vezetékben szabad elektronok, áramot képezve, útközben ütköznek a kristályrács csomópontjaival és mozgási energiájuk egy részét átadják nekik, ennek eredményeként a kristályrács csomópontjai erősebben kezdenek rezegni, vagyis a vezető hőmérséklete egész térfogatában emelkedik.
A több elektromos térerősség huzalban – minél nagyobb sebességgel bírnak a szabad elektronok felgyorsulni, mielőtt ütköznének a kristályrács csomópontjaival, annál több mozgási energiát nyernek a szabad úton, és annál nagyobb lendületet adnak át a kristályrács csomópontjainak. a kristályrács pillanatnyilag ütközési pályán van velük.Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb az elektromos tér, a szabad elektronok a vezetőben felgyorsulnak, annál több hő szabadul fel a vezető térfogatában.
Most képzeljük el, hogy az egyik oldalon lévő vezeték fel van melegítve. Vagyis az egyik végén magasabb a hőmérséklet, mint a másik végén, míg a másik végén megközelítőleg megegyezik a környező levegő hőmérséklete. Ez azt jelenti, hogy a vezető fűtött részében a szabad elektronok hőmozgási sebessége nagyobb, mint a vezető másik részében.
Ha most békén hagyja a vezetéket, fokozatosan lehűl. A hő egy része közvetlenül a környező levegőbe, egy része a vezeték kevésbé fűtött oldalára, onnan pedig a környező levegőbe kerül.
Ebben az esetben a nagyobb hőmozgási sebességű szabad elektronok a lendületet a vezető kevésbé fűtött részében lévő szabad elektronoknak adják át mindaddig, amíg a hőmérséklet a vezető teljes térfogatában ki nem egyenlítődik, azaz a hőáramlás sebessége. a szabad elektronok mozgása a vezető teljes térfogatában kiegyenlítődik.
Bonyolítsuk a kísérletet. Csatlakoztatjuk a vezetéket egy egyenáramú forráshoz, előmelegítve az oldalt egy lánggal, amelyhez a forrás negatív kivezetése csatlakozik. A forrás által létrehozott elektromos tér hatására a vezetékben lévő szabad elektronok elkezdenek mozogni a negatív terminálról a pozitív kivezetésre.
Ezenkívül a huzal előmelegítésével létrehozott hőmérséklet-különbség hozzájárul ezen elektronok mínuszból pluszba történő mozgásához.
Elmondhatjuk, hogy a forrás elektromos tere segíti a hő szétterítését a vezeték mentén, de a meleg végről a hideg végre haladó szabad elektronok általában lelassulnak, ami azt jelenti, hogy további hőenergiát adnak át a környező atomoknak.
Vagyis a szabad elektronokat körülvevő atomok irányában további hő szabadul fel a Joule-Lenz-hőhöz képest.
Most melegítse újra a vezeték egyik oldalát lánggal, de csatlakoztassa az áramforrást pozitív vezetékkel a fűtött oldalhoz. A negatív terminál oldalán a vezetőben lévő szabad elektronok termikus mozgása kisebb, de a forrás elektromos mezőjének hatására a fűtött véghez rohannak.
A szabad elektronok hőmozgása, amely a huzal előmelegítésével jön létre, ezeknek az elektronoknak a mínuszról pluszba történő mozgására terjed. A hideg végről a meleg végre mozgó szabad elektronok általában felgyorsulnak, ha a felmelegített huzalból hőenergiát vesznek fel, vagyis elnyelik a szabad elektronokat körülvevő atomok hőenergiáját.
Ezt a hatást találták 1856-ban brit fizikus William Thomsonamely azt találta egyenletesen nem egyenletesen fűtött egyenáramú vezetőben a Joule-Lenz törvénynek megfelelően felszabaduló hőn felül további hő szabadul fel, illetve nyelődik el a vezető térfogatában, az áram irányától függően (harmadik termoelektromos hatás) .
A Thomson-hő mennyisége arányos az áram nagyságával, az áram időtartamával és a vezető hőmérséklet-különbségével.t – Thomson-együttható, amelyet volt/kelvinben fejeznek ki, és mérete megegyezik a termoelektromotoros erő.
Egyéb termoelektromos hatások: Seebeck és Peltier hatás