Tomsono efektas – termoelektrinis reiškinys
Kai per laidą teka nuolatinė elektros srovė, ta viela įkaista pagal su Džaulio-Lenco įstatymu: laidininko tūrio vienetui išsiskirianti šiluminė galia lygi srovės tankio ir laidininke veikiančio elektrinio lauko stiprio sandaugai.
Taip yra todėl, kad tie, kurie juda laidu veikiant elektriniam laukui laisvųjų elektronų, sudarydami srovę, pakeliui susiduria su kristalinės gardelės mazgais ir perduoda jiems dalį savo kinetinės energijos, todėl kristalinės gardelės mazgai pradeda stipriau vibruoti, tai yra laidininko temperatūra. pakyla per visą savo tūrį.
Daugiau elektrinio lauko stiprumas laidoje – kuo didesniu greičiu laisvieji elektronai turi laiko įsibėgėti prieš susidūrę su kristalinės gardelės mazgais, tuo daugiau kinetinės energijos jie turi laiko įgyti laisvajame kelyje ir tuo daugiau impulso jie perduoda krištolinė gardelė šiuo metu susidūrimo su jais kursu.Akivaizdu, kad kuo didesnis elektrinis laukas, tuo greitėja laisvieji elektronai laidininke, tuo daugiau šilumos išsiskiria laidininko tūryje.
Dabar įsivaizduokime, kad laidas vienoje pusėje yra šildomas. Tai reiškia, kad vieno galo temperatūra yra aukštesnė nei kito galo, o kito galo temperatūra yra maždaug tokia pati kaip aplinkinio oro. Tai reiškia, kad šildomoje laidininko dalyje laisvieji elektronai turi didesnį šiluminio judėjimo greitį nei kitoje dalyje.
Jei dabar paliksite laidą ramybėje, jis palaipsniui atvės. Dalis šilumos bus perduota tiesiai į aplinkinį orą, dalis šilumos – į mažiau įkaitusią laido pusę, o iš jos – į aplinkinį orą.
Tokiu atveju laisvieji elektronai, turintys didesnį šiluminio judėjimo greitį, perduos impulsą laisviesiems elektronams mažiau šildomoje laidininko dalyje, kol temperatūra visame laidininko tūryje išsilygins, tai yra, kol šiluminio judėjimo greitis. laisvųjų elektronų judėjimas visame laidininko tūryje yra išlygintas.
Apsunkinkime eksperimentą. Mes prijungiame laidą prie nuolatinės srovės šaltinio, iš anksto pašildome liepsna, prie kurios bus prijungtas neigiamas šaltinio gnybtas. Šaltinio sukurto elektrinio lauko įtakoje laisvieji elektronai laide pradės judėti iš neigiamo gnybto į teigiamą gnybtą.
Be to, temperatūrų skirtumas, susidaręs kaitinant laidą, prisidės prie šių elektronų judėjimo nuo minuso iki pliuso.
Galima sakyti, kad šaltinio elektrinis laukas padeda skleisti šilumą palei laidą, tačiau laisvieji elektronai, judantys iš karštojo galo į šaltąjį galą, dažniausiai sulėtėja, o tai reiškia, kad jie perduoda papildomą šilumos energiją aplinkiniams atomams.
Tai reiškia, kad laisvuosius elektronus supančių atomų kryptimi išsiskiria papildoma šiluma, palyginti su Džaulio-Lenco šiluma.
Dabar vieną laido pusę vėl pašildykite liepsna, bet srovės šaltinį su teigiamu laidu prijunkite prie šildomos pusės. Neigiamo gnybto šone laisvieji elektronai laidininke turi mažesnį šiluminio judėjimo greitį, tačiau veikiami šaltinio elektrinio lauko jie veržiasi į šildomą galą.
Laisvųjų elektronų terminis judėjimas, sukurtas pakaitinus laidą, sklinda į šių elektronų judėjimą nuo minuso iki pliuso. Laisvieji elektronai, judantys iš šaltojo galo į karštąjį galą, paprastai paspartinami absorbuojant šilumos energiją iš šildomos vielos, o tai reiškia, kad jie sugeria laisvuosius elektronus supančių atomų šilumos energiją.
Šis efektas buvo rastas 1856 metais britų fizikas Viljamas Tomsonaskuri tai nustatė tolygiai netolygiai šildomame nuolatinės srovės laidininke, be šilumos, išsiskiriančios pagal Džaulio-Lenco dėsnį, laidininko tūryje bus išleista arba sugerta papildoma šiluma, priklausomai nuo srovės krypties (trečiasis termoelektrinis efektas) .
Tomsono šilumos kiekis yra proporcingas srovės dydžiui, srovės trukmei ir temperatūrų skirtumui laidininke.t – Tomsono koeficientas, kuris išreiškiamas voltais vienam kelvinui ir yra tokio pat dydžio kaip termoelektrovaros jėga.
Kiti termoelektriniai efektai: Seebeck ir Peltier efektas