تأثير طومسون - ظاهرة كهروحرارية

عندما يمر تيار كهربائي مباشر عبر سلك ، يتم تسخين هذا السلك وفقًا لـ مع قانون جول لينز: الطاقة الحرارية الصادرة لكل وحدة حجم للموصل تساوي ناتج كثافة التيار وقوة المجال الكهربائي الذي يعمل في الموصل.

وذلك لأن تلك التي تتحرك في السلك تحت تأثير مجال كهربائي الإلكترونات الحرة، وتشكيل تيار ، تصطدم بعقد الشبكة البلورية على طول الطريق وتنقل جزءًا من طاقتها الحركية إليها ، ونتيجة لذلك ، تبدأ العقد في الشبكة البلورية في الاهتزاز بقوة أكبر ، أي درجة حرارة الموصل يرتفع من خلال حجمه.

الاكثر شدة المجال الكهربائي في السلك - كلما زادت سرعة الإلكترونات الحرة لديها وقت لتسريعها قبل أن تصطدم بعُقد الشبكة البلورية ، زادت الطاقة الحركية التي لديها وقت لاكتسابها على المسار الحر وزاد الزخم الذي تنتقل إلى عقده الشبكة البلورية في الوقت الحالي في مسار تصادم معهم.من الواضح أنه كلما زاد المجال الكهربائي ، يتم تسريع الإلكترونات الحرة في الموصل ، يتم إطلاق المزيد من الحرارة في حجم الموصل.

الآن دعونا نتخيل أن السلك الموجود على جانب واحد قد تم تسخينه. أي أن درجة حرارة أحد الطرفين أعلى من الطرف الآخر ، في حين أن الطرف الآخر له نفس درجة حرارة الهواء المحيط تقريبًا. هذا يعني أنه في الجزء الساخن من الموصل ، تتمتع الإلكترونات الحرة بسرعات حركة حرارية أعلى من الجزء الآخر.

إذا تركت السلك بمفرده الآن ، فسوف يبرد تدريجيًا. سيتم نقل بعض الحرارة مباشرة إلى الهواء المحيط ، وسيتم نقل بعض الحرارة إلى الجانب الأقل تسخينًا من السلك ، ومنه إلى الهواء المحيط.

في هذه الحالة ، فإن الإلكترونات الحرة ذات معدلات الحركة الحرارية الأعلى ستنقل الزخم إلى الإلكترونات الحرة في الجزء الأقل تسخينًا من الموصل حتى تتساوى درجة الحرارة في الحجم الكلي للموصل ، أي حتى معدلات الحرارة يتم معادلة حركة الإلكترونات الحرة في جميع أنحاء حجم الموصل.

دعونا نعقد التجربة. نقوم بتوصيل السلك بمصدر تيار مباشر ، مع تسخين الجانب باللهب الذي سيتم توصيل الطرف السالب للمصدر به. تحت تأثير المجال الكهربائي الناتج عن المصدر ، ستبدأ الإلكترونات الحرة في السلك في الانتقال من الطرف السالب إلى الطرف الموجب.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن اختلاف درجة الحرارة الناتج عن التسخين المسبق للسلك سيساهم في حركة هذه الإلكترونات من سالب إلى موجب.

يمكننا القول أن المجال الكهربائي للمصدر يساعد على نشر الحرارة على طول السلك ، ولكن عادة ما تتباطأ الإلكترونات الحرة التي تتحرك من الطرف الساخن إلى الطرف البارد ، مما يعني أنها تنقل طاقة حرارية إضافية إلى الذرات المحيطة.

أي في اتجاه الذرات المحيطة بالإلكترونات الحرة ، يتم إطلاق حرارة إضافية بالنسبة إلى حرارة جول لينز.

الآن قم بتسخين جانب واحد من السلك مرة أخرى بلهب ، لكن قم بتوصيل المصدر الحالي بتوجيه موجب بالجانب الساخن. على جانب الطرف السالب ، تتمتع الإلكترونات الحرة في الموصل بسرعات أقل للحركة الحرارية ، ولكن تحت تأثير المجال الكهربائي للمصدر ، تندفع إلى النهاية الساخنة.

تنتشر الحركة الحرارية للإلكترونات الحرة الناتجة عن التسخين المسبق للسلك إلى حركة هذه الإلكترونات من سالب إلى موجب. عادة ما يتم تسريع الإلكترونات الحرة التي تتحرك من الطرف البارد إلى النهاية الساخنة عن طريق امتصاص الطاقة الحرارية من السلك المسخن ، مما يعني أنها تمتص الطاقة الحرارية للذرات المحيطة بالإلكترونات الحرة.

تم العثور على هذا التأثير في عام 1856 عالم فيزياء بريطاني وليام طومسونالتي وجدت ذلك في موصل تيار مباشر مسخن بشكل غير منتظم ، بالإضافة إلى الحرارة المنبعثة وفقًا لقانون جول لينز ، سيتم إطلاق حرارة إضافية أو امتصاصها في حجم الموصل ، اعتمادًا على اتجاه التيار (التأثير الكهروحراري الثالث) .

تتناسب كمية حرارة طومسون مع مقدار التيار ومدة التيار وفرق درجة الحرارة في الموصل.t - معامل طومسون ، والذي يتم التعبير عنه بالفولت لكل كلفن وله نفس الحجم القوة الدافعة الحرارية.

تأثيرات كهروحرارية أخرى: تأثير سيبيك وبلتيير