Thomson etkisi - bir termoelektrik fenomen
Bir telden doğru elektrik akımı geçtiğinde, bu tel şuna göre ısıtılır: Joule-Lenz yasası ile: iletkenin birim hacmi başına salınan termal güç, akım yoğunluğunun ürününe ve iletkene etki eden elektrik alanın gücüne eşittir.
Bunun nedeni, bir elektrik alanının etkisi altında telde hareket edenlerin serbest elektronlar, bir akım oluşturarak, yol boyunca kristal kafesin düğümleriyle çarpışır ve kinetik enerjilerinin bir kısmını onlara aktarır, sonuç olarak kristal kafesin düğümleri daha güçlü titremeye başlar, yani iletkenin sıcaklığı hacmi boyunca yükselir.
Daha fazla elektrik alan kuvveti bir telde - serbest elektronların hızı ne kadar yüksek olursa, kristal kafesin düğümleriyle çarpışmadan önce hızlanmak için zamanları olur, serbest yolda kazanmak için o kadar fazla kinetik enerjileri olur ve düğümlere o kadar fazla momentum aktarırlar. kristal kafes şu anda onlarla çarpışma rotasında.Açıktır ki, elektrik alan ne kadar büyükse, iletkendeki serbest elektronlar hızlanır, iletkenin hacminde o kadar fazla ısı açığa çıkar.
Şimdi bir taraftaki telin ısındığını düşünelim. Yani bir uç diğer uçtan daha yüksek bir sıcaklığa sahipken, diğer uç çevredeki hava ile yaklaşık olarak aynı sıcaklığa sahiptir. Bu, iletkenin ısıtılmış kısmındaki serbest elektronların diğer kısımdan daha yüksek termal hareket hızlarına sahip olduğu anlamına gelir.
Teli şimdi kendi haline bırakırsanız yavaş yavaş soğuyacaktır. Isının bir kısmı doğrudan çevredeki havaya, bir kısmı da telin daha az ısınan tarafına ve oradan da çevredeki havaya aktarılacaktır.
Bu durumda, ısıl hareket hızı daha yüksek olan serbest elektronlar, iletkenin tüm hacmindeki sıcaklık eşitlenene kadar, yani ısıl hızlar eşitlenene kadar momentumu iletkenin daha az ısınan kısmındaki serbest elektronlara aktaracaktır. serbest elektronların iletken hacmi boyunca hareketi eşitlenir.
Deneyi karmaşıklaştıralım. Kabloyu, kaynağın negatif terminalinin bağlanacağı tarafı bir alevle önceden ısıtarak doğru akım kaynağına bağlarız. Kaynağın yarattığı elektrik alanın etkisi altında, teldeki serbest elektronlar negatif terminalden pozitif terminale hareket etmeye başlayacaktır.
Ayrıca telin önceden ısıtılmasıyla oluşan sıcaklık farkı da bu elektronların eksiden artıya hareketine katkıda bulunacaktır.
Kaynağın elektrik alanının tel boyunca ısıyı yaymaya yardımcı olduğunu söyleyebiliriz, ancak sıcak uçtan soğuk uca hareket eden serbest elektronlar genellikle yavaşlar, bu da çevredeki atomlara ek ısı enerjisi aktardıkları anlamına gelir.
Yani, serbest elektronları çevreleyen atomların yönünde, Joule-Lenz ısısına göre ek ısı açığa çıkar.
Şimdi telin bir tarafını tekrar alevle ısıtın, ancak akım kaynağını pozitif bir uçla ısıtılmış tarafa bağlayın. Negatif terminalin yanında, iletkendeki serbest elektronlar daha düşük termal hareket hızlarına sahiptir, ancak kaynağın elektrik alanının etkisi altında ısıtılmış uca doğru koşarlar.
Telin önceden ısıtılmasıyla oluşturulan serbest elektronların termal hareketi, bu elektronların eksiden artıya hareketine yayılır. Soğuk uçtan sıcak uca hareket eden serbest elektronlar genellikle ısıtılmış telden ısı enerjisi emerek hızlandırılır, yani serbest elektronları çevreleyen atomların ısı enerjisini emerler.
Bu etki bulundu 1856'da İngiliz fizikçi William Thomsonbunu bulan eşit olmayan bir şekilde ısıtılan bir doğru akım iletkeninde, Joule-Lenz yasasına göre salınan ısıya ek olarak, akımın yönüne bağlı olarak iletkenin hacminde ek ısı salınacak veya emilecektir (üçüncü termoelektrik etki) .
Thomson ısısının miktarı akımın büyüklüğü, akımın süresi ve iletkendeki sıcaklık farkı ile orantılıdır.t - Kelvin başına volt olarak ifade edilen ve aynı boyuta sahip olan Thomson katsayısı termoelektromotor kuvvet.
Diğer termoelektrik etkiler: Seebeck ve Peltier etkisi