Efek Thomson — fenomena termoelektrik

Ketika arus listrik langsung melewati kawat, kawat itu dipanaskan menurut dengan hukum Joule-Lenz: daya termal yang dilepaskan per satuan volume konduktor sama dengan produk kerapatan arus dan kekuatan medan listrik yang bekerja di konduktor.

Ini karena mereka yang bergerak di kawat di bawah pengaruh medan listrik elektron bebas, membentuk arus, bertabrakan dengan simpul kisi kristal di sepanjang jalan dan mentransfer sebagian energi kinetiknya ke mereka, sebagai akibatnya, simpul kisi kristal mulai bergetar lebih kuat, yaitu suhu konduktor naik sepanjang volumenya.

Lebih kekuatan medan listrik dalam kawat - semakin tinggi kecepatan elektron bebas yang memiliki waktu untuk berakselerasi sebelum mereka bertabrakan dengan simpul kisi kristal, semakin banyak energi kinetik yang mereka miliki untuk diperoleh di jalur bebas dan semakin banyak momentum yang mereka transfer ke simpul dari kisi kristal saat ini pada jalur tabrakan dengan mereka.Jelas bahwa semakin besar medan listrik, elektron bebas dalam konduktor dipercepat, semakin banyak panas yang dilepaskan dalam volume konduktor.

Sekarang mari kita bayangkan kawat di satu sisi dipanaskan. Artinya, satu ujung memiliki suhu lebih tinggi dari ujung lainnya, sedangkan ujung lainnya memiliki suhu yang kira-kira sama dengan udara di sekitarnya. Ini berarti bahwa di bagian konduktor yang dipanaskan, elektron bebas memiliki kecepatan pergerakan termal yang lebih tinggi daripada di bagian lain.

Jika Anda membiarkan kawat sekarang, perlahan-lahan akan menjadi dingin. Sebagian panas akan dipindahkan langsung ke udara sekitar, sebagian panas akan dipindahkan ke sisi kawat yang kurang panas, dan dari sana ke udara sekitar.

Dalam hal ini, elektron bebas dengan tingkat pergerakan termal yang lebih tinggi akan mentransfer momentum ke elektron bebas di bagian konduktor yang kurang panas sampai suhu di seluruh volume konduktor disamakan, yaitu sampai tingkat termal. pergerakan elektron bebas di seluruh volume konduktor disamakan.

Mari kita perumit eksperimennya. Kami menghubungkan kabel ke sumber arus searah, memanaskan sisi dengan nyala api yang akan menghubungkan terminal negatif sumber. Di bawah pengaruh medan listrik yang diciptakan oleh sumber, elektron bebas dalam kawat akan mulai bergerak dari terminal negatif ke terminal positif.

Selain itu, perbedaan suhu yang tercipta dengan memanaskan kawat akan berkontribusi pada pergerakan elektron ini dari minus ke plus.

Kita dapat mengatakan bahwa medan listrik sumber membantu menyebarkan panas di sepanjang kabel, tetapi elektron bebas yang bergerak dari ujung panas ke ujung dingin biasanya diperlambat, yang berarti mereka mentransfer energi panas tambahan ke atom di sekitarnya.

Artinya, ke arah atom yang mengelilingi elektron bebas, panas tambahan dilepaskan relatif terhadap panas Joule-Lenz.

Sekarang panaskan lagi satu sisi kabel dengan nyala api, tetapi sambungkan sumber arus dengan kabel positif ke sisi yang dipanaskan. Di sisi terminal negatif, elektron bebas dalam konduktor memiliki kecepatan gerakan termal yang lebih rendah, tetapi di bawah aksi medan listrik sumber, mereka bergegas ke ujung yang dipanaskan.

Gerakan termal elektron bebas yang diciptakan dengan memanaskan kawat merambat ke gerakan elektron ini dari minus ke plus. Elektron bebas yang bergerak dari ujung dingin ke ujung panas umumnya dipercepat dengan menyerap energi panas dari kawat yang dipanaskan, artinya mereka menyerap energi panas dari atom yang mengelilingi elektron bebas.

Efek ini ditemukan pada tahun 1856 fisikawan Inggris William Thomsonyang menemukan itu dalam konduktor arus searah yang dipanaskan secara tidak seragam, selain panas yang dilepaskan sesuai dengan hukum Joule-Lenz, panas tambahan akan dilepaskan atau diserap dalam volume konduktor, tergantung pada arah arus (efek termoelektrik ketiga) .

Jumlah panas Thomson sebanding dengan besarnya arus, durasi arus, dan perbedaan suhu dalam konduktor.t — Koefisien Thomson, yang dinyatakan dalam volt per kelvin dan memiliki ukuran yang sama dengan gaya termoelektromotif.

Efek termoelektrik lainnya: Seebeck dan efek Peltier