Tomsona efekts - termoelektriska parādība

Kad tiešā elektriskā strāva iet caur vadu, šis vads tiek uzkarsēts saskaņā ar ar Džoula-Lenca likumu: atbrīvotā siltuma jauda uz vadītāja tilpuma vienību ir vienāda ar strāvas blīvuma un vadītājā iedarbojošā elektriskā lauka stipruma reizinājumu.

Tas ir tāpēc, ka tie, kas pārvietojas vadā elektriskā lauka ietekmē brīvie elektroni, veidojot strāvu, pa ceļam saduras ar kristāla režģa mezgliem un nodod tiem daļu savas kinētiskās enerģijas, kā rezultātā kristāla režģa mezgli sāk vibrēt spēcīgāk, tas ir, vadītāja temperatūra. paceļas visā tā apjomā.

Vairāk elektriskā lauka stiprums vadā — jo lielākam brīvo elektronu ātrumam ir laiks paātrināties, pirms tie saduras ar kristāla režģa mezgliem, jo ​​vairāk kinētiskās enerģijas tiem ir laiks iegūt brīvajā ceļā un jo lielāku impulsu tie pārnes uz kristāla režģis šobrīd atrodas sadursmes kursā ar tiem.Ir acīmredzams, ka jo lielāks ir elektriskais lauks, jo brīvie elektroni vadītājā tiek paātrināti, jo vairāk siltuma izdalās vadītāja tilpumā.

Tagad iedomāsimies, ka vads vienā pusē ir uzkarsēts. Tas ir, vienā galā ir augstāka temperatūra nekā otrā galā, bet otrā galā ir aptuveni tāda pati temperatūra kā apkārtējam gaisam. Tas nozīmē, ka vadītāja apsildāmajā daļā brīvajiem elektroniem ir lielāks termiskās kustības ātrums nekā otrā daļā.

Ja jūs tagad atstājat vadu vienu, tas pakāpeniski atdziest. Daļa siltuma tiks nodota tieši apkārtējam gaisam, daļa siltuma tiks pārnesta uz mazāk apsildāmo stieples pusi, bet no tās uz apkārtējo gaisu.

Šajā gadījumā brīvie elektroni ar lielāku termiskās kustības ātrumu nodos impulsu brīvajiem elektroniem vadītāja mazāk sakarsētajā daļā, līdz temperatūra visā vadītāja tilpumā ir izlīdzināta, tas ir, līdz siltuma ātrumi. brīvo elektronu kustība visā vadītāja tilpumā ir izlīdzināta.

Sarežģīsim eksperimentu. Mēs savienojam vadu ar līdzstrāvas avotu, iepriekš uzsildot pusi ar liesmu, kurai tiks pievienots avota negatīvais spaile. Avota radītā elektriskā lauka ietekmē vadā esošie brīvie elektroni sāks pārvietoties no negatīvā spailes uz pozitīvo spaili.

Turklāt temperatūras starpība, ko rada stieples iepriekšēja uzsildīšana, veicinās šo elektronu kustību no mīnusa uz plusu.

Var teikt, ka avota elektriskais lauks palīdz izplatīt siltumu pa vadu, bet brīvie elektroni, kas pārvietojas no karstā gala uz auksto galu, parasti tiek palēnināti, kas nozīmē, ka tie nodod papildu siltumenerģiju apkārtējiem atomiem.

Tas ir, brīvos elektronus ieskaujošo atomu virzienā tiek atbrīvots papildu siltums attiecībā pret Džoula-Lenca siltumu.

Tagad atkal uzsildiet vienu stieples pusi ar liesmu, bet pievienojiet strāvas avotu ar pozitīvu vadu uz apsildāmo pusi. Negatīvā spailes pusē brīvajiem elektroniem vadītājā ir mazāks termiskās kustības ātrums, bet avota elektriskā lauka ietekmē tie steidzas uz apsildāmo galu.

Brīvo elektronu termiskā kustība, kas rodas, iepriekš uzkarsējot stiepli, izplatās uz šo elektronu kustību no mīnusa uz plusu. Brīvos elektronus, kas pārvietojas no aukstā gala uz karsto galu, parasti paātrina, absorbējot siltumenerģiju no uzkarsētā stieples, kas nozīmē, ka tie absorbē brīvos elektronus apkārtējo atomu siltumenerģiju.

Šis efekts tika konstatēts 1856. gadā britu fiziķis Viljams Tomsonskas to konstatēja vienmērīgi nevienmērīgi uzkarsētā līdzstrāvas vadītājā papildus siltumam, kas izdalās saskaņā ar Džoula-Lenca likumu, tiks atbrīvots vai absorbēts papildu siltums vadītāja tilpumā atkarībā no strāvas virziena (trešais termoelektriskais efekts) .

Tomsona siltuma daudzums ir proporcionāls strāvas stiprumam, strāvas ilgumam un temperatūras starpībai vadītājā.t — Tomsona koeficients, kas izteikts voltos uz kelvinu un ir tāds pats kā termoelektromotīves spēks.

Citi termoelektriskie efekti: Zībeka un Peltjē efekts