Efecte Thomson: un fenomen termoelèctric

Quan un corrent elèctric continu passa per un cable, aquest s'escalfa segons amb la llei de Joule-Lenz: la potència tèrmica alliberada per unitat de volum del conductor és igual al producte de la densitat de corrent i la intensitat del camp elèctric que actua en el conductor.

Això es deu als que es mouen en el cable sota l'acció d'un camp elèctric electrons lliures, formant un corrent, xoquen amb els nodes de la xarxa cristal·lina al llarg del camí i els transfereixen part de la seva energia cinètica, com a resultat, els nodes de la xarxa cristal·lina comencen a vibrar amb més força, és a dir, la temperatura del conductor. puja al llarg del seu volum.

El més intensitat del camp elèctric en un cable: com més gran sigui la velocitat dels electrons lliures que tinguin temps d'accelerar abans de xocar amb els nodes de la xarxa cristal·lina, més energia cinètica tenen temps per guanyar en el camí lliure i més impuls transfereixen als nodes de la xarxa cristal·lina. la xarxa cristal·lina en aquest moment en un curs de col·lisió amb ells.És obvi que com més gran és el camp elèctric, s'acceleren els electrons lliures del conductor, més calor s'allibera en el volum del conductor.

Ara imaginem que el cable d'un costat s'escalfa. És a dir, un extrem té una temperatura més alta que l'altre extrem, mentre que l'altre extrem té aproximadament la mateixa temperatura que l'aire circumdant. Això vol dir que a la part escalfada del conductor els electrons lliures tenen velocitats de moviment tèrmic més altes que a l'altra part.

Si deixeu el cable sol ara, es refredarà gradualment. Una part de la calor es transferirà directament a l'aire circumdant, una part de la calor es transferirà al costat menys escalfat del cable i des d'aquest a l'aire circumdant.

En aquest cas, els electrons lliures amb velocitats més altes de moviment tèrmic transferiran l'impuls als electrons lliures de la part menys escalfada del conductor fins que s'igualitzi la temperatura en tot el volum del conductor, és a dir, fins que les velocitats de tèrmica El moviment dels electrons lliures al llarg del volum del conductor és igualat.

Complicarem l'experiment. Connectem el cable a una font de corrent continu, preescalfant el costat amb una flama a la qual es connectarà el terminal negatiu de la font. Sota la influència del camp elèctric creat per la font, els electrons lliures del cable començaran a moure's del terminal negatiu al terminal positiu.

A més, la diferència de temperatura creada pel preescalfament del cable contribuirà al moviment d'aquests electrons de menys a més.

Podem dir que el camp elèctric de la font ajuda a difondre la calor al llarg del cable, però els electrons lliures que es mouen de l'extrem calent a l'extrem fred solen ser alentits, la qual cosa significa que transfereixen energia calorífica addicional als àtoms circumdants.

És a dir, en la direcció dels àtoms que envolten els electrons lliures, s'allibera calor addicional en relació a la calor de Joule-Lenz.

Ara torneu a escalfar un costat del cable amb una flama, però connecteu la font de corrent amb un cable positiu al costat escalfat. Al costat del terminal negatiu, els electrons lliures del conductor tenen velocitats de moviment tèrmica més baixes, però sota l'acció del camp elèctric de la font es dirigeixen cap a l'extrem escalfat.

El moviment tèrmic dels electrons lliures creat pel preescalfament del cable es propaga al moviment d'aquests electrons de menys a més. Els electrons lliures que es mouen de l'extrem fred a l'extrem calent s'acceleren generalment absorbint l'energia tèrmica del cable escalfat, és a dir, absorbeixen l'energia tèrmica dels àtoms que envolten els electrons lliures.

Aquest efecte es va trobar el 1856 físic britànic William Thomsonque va trobar això en un conductor de corrent continu escalfat de manera uniforme i no uniforme, a més de la calor alliberada d'acord amb la llei de Joule-Lenz, s'alliberarà o absorbirà calor addicional en el volum del conductor, depenent de la direcció del corrent (tercer efecte termoelèctric) .

La quantitat de calor de Thomson és proporcional a la magnitud del corrent, la durada del corrent i la diferència de temperatura en el conductor.t — Coeficient de Thomson, que s'expressa en volts per kelvin i té la mateixa mida que força termoelectromotriu.

Altres efectes termoelèctrics: Efecte Seebeck i Peltier