Thomson-ilmiö - lämpösähköinen ilmiö

Kun tasavirta kulkee johtimen läpi, tämä lanka lämmitetään Joule-Lenzin lain kanssa: vapautunut lämpöteho johtimen tilavuusyksikköä kohti on yhtä suuri kuin johtimessa vaikuttavan virrantiheyden ja sähkökentän voimakkuuden tulo.

Tämä johtuu siitä, että ne, jotka liikkuvat johdossa sähkökentän vaikutuksesta vapaita elektroneja, muodostaen virran, törmäävät matkan varrella kidehilan solmuihin ja siirtävät osan kineettisestä energiastaan ​​niille, minkä seurauksena kidehilan solmut alkavat värähtää voimakkaammin, eli johtimen lämpötila nousee koko tilavuutensa ajan.

Sitä enemmän sähkökentän voimakkuus langassa - mitä suuremmalla nopeudella vapaat elektronit ehtivät kiihtyä ennen kuin ne törmäävät kidehilan solmuihin, sitä enemmän kineettistä energiaa niillä on aikaa saada vapaalla polulla ja sitä enemmän ne siirtävät vauhtia kidehilan solmuihin. kidehila tällä hetkellä törmäyskurssilla niiden kanssa.On selvää, että mitä suurempi sähkökenttä, sitä vapaat elektronit johtimessa kiihtyvät, sitä enemmän lämpöä vapautuu johtimen tilavuudessa.

Kuvitellaan nyt, että lanka toisella puolella on lämmitetty. Eli toisessa päässä on korkeampi lämpötila kuin toisessa, kun taas toisessa päässä on suunnilleen sama lämpötila kuin ympäröivän ilman. Tämä tarkoittaa, että johtimen kuumennetussa osassa vapailla elektroneilla on suurempi lämpöliikenopeus kuin toisessa osassa.

Jos jätät johdon nyt rauhaan, se jäähtyy vähitellen. Osa lämmöstä siirtyy suoraan ympäröivään ilmaan, osa lämmöstä siirtyy langan vähemmän lämmitetylle puolelle ja sieltä ympäröivään ilmaan.

Tässä tapauksessa vapaat elektronit, joilla on suurempi lämpöliikenopeus, siirtävät liikemäärän vapaille elektroneille johtimen vähemmän kuumennetussa osassa, kunnes lämpötila johtimen koko tilavuudessa on tasaantunut, eli kunnes lämpönopeudet vapaiden elektronien liike johtimen tilavuudessa tasataan.

Monimutkaistaan ​​kokeilua. Yhdistämme johdon tasavirtalähteeseen esilämmittämällä puolen liekillä, johon lähteen negatiivinen napa kytketään. Lähteen luoman sähkökentän vaikutuksesta langan vapaat elektronit alkavat liikkua negatiivisesta navasta positiiviseen napaan.

Lisäksi langan esilämmittämisen aiheuttama lämpötilaero edistää näiden elektronien liikkumista miinuksesta plussaan.

Voimme sanoa, että lähteen sähkökenttä auttaa levittämään lämpöä lankaa pitkin, mutta kuumasta päästä kylmään päähän liikkuvat vapaat elektronit yleensä hidastuvat, mikä tarkoittaa, että ne siirtävät lisää lämpöenergiaa ympäröiville atomeille.

Eli vapaita elektroneja ympäröivien atomien suuntaan vapautuu lisälämpöä suhteessa Joule-Lenzin lämpöön.

Lämmitä nyt johtimen toista puolta uudelleen liekillä, mutta liitä virtalähde positiivisella johdolla lämmitetylle puolelle. Negatiivisen navan puolella johtimessa olevilla vapailla elektroneilla on alhaisemmat lämpöliikkeen nopeudet, mutta lähteen sähkökentän vaikutuksesta ne ryntäävät kuumennettuun päähän.

Langan esilämmityksellä syntyvä vapaiden elektronien lämpöliike etenee näiden elektronien liikkeeseen miinuksesta plussaan. Kylmästä päästä kuumaan päähän liikkuvia vapaita elektroneja yleensä kiihdytetään absorboimalla lämpöenergiaa kuumennetusta langasta, mikä tarkoittaa, että ne absorboivat vapaita elektroneja ympäröivien atomien lämpöenergiaa.

Tämä vaikutus löytyi vuonna 1856 brittiläinen fyysikko William Thomsonjoka sen löysi tasaisesti epätasaisesti kuumennetussa tasavirtajohtimessa Joule-Lenzin lain mukaisesti vapautuvan lämmön lisäksi johtimen tilavuuteen vapautuu tai imeytyy lisälämpöä virran suunnasta riippuen (kolmas lämpösähköilmiö) .

Thomson-lämmön määrä on verrannollinen virran suuruuteen, virran kestoon ja johtimen lämpötilaeroon.t — Thomson-kerroin, joka ilmaistaan ​​voltteina kelviniä kohti ja jonka koko on sama kuin termoelektromotorinen voima.

Muut lämpösähköiset vaikutukset: Seebeckin ja Peltierin efekti