Zjawisko Thomsona

Zjawisko Thomsona

Zjawisko Thomsona, odkryte przez Williama Thomsona (lorda Kelvina) w 1856 roku, jest jednym z zjawisk termoelektrycznych. Polega na wydzielaniu lub pochłanianiu ciepła podczas przepływu prądu elektrycznego w jednorodnym przewodniku z gradientem temperatury. Ilość wydzielonego lub pochłoniętego ciepła jest proporcjonalna do różnicy temperatury, natężenia prądu, czasu przepływu oraz rodzaju przewodnika. Zjawisko to dotyczy wyłącznie efektów cieplnych, nie powodując wydzielania sił termoelektrycznych.

Współczynnik Thomsona

Współczynnik Thomsona, oznaczany jako $tau\_T$, definiuje się następująco:

$mathrmfrac\{\{d\}P\}\{mathrm\{d\}x\}\; =\; tau\_T\; Ifrac\{mathrm\{d\}T\}\{mathrm\{d\}x\},$

gdzie:

• $mathrm\{d\}P$ – moc cieplna wydzielająca się na długości $mathrm\{d\}x$,
• $frac\{mathrm\{d\}T\}\{mathrm\{d\}x\}$ – gradient temperatury na długości próbki,
• $I$ – wartość przepływającego prądu.

Natura zjawiska Thomsona

Różnica temperatury w materiale prowadzi do gradientu koncentracji nośników oraz prądu dyfuzji, co skutkuje powstawaniem rozkładu ładunku przestrzennego. W przypadku przeciwnych kierunków pól, praca wykonywana jest przeciwko polu wewnętrznemu, co prowadzi do wydzielania dodatkowego ciepła. Z kolei, gdy kierunki pól są zgodne, pole wewnętrzne wspomaga dryft nośników, prowadząc do ochłodzenia. Przyczyną zjawiska Thomsona jest różny stopień zagęszczenia elektronów swobodnych wzdłuż przewodnika z gradientem temperatury. Zjawisko to, obok zjawiska Peltiera, znajduje zastosowanie w metrologii do pomiarów temperatury.

Relacja Thomsona

Relacja Thomsona łączy trzy współczynniki zjawisk termoelektrycznych:

$pi\; =\; S\; T,$
$tau\_T=Tfrac\{mathrm\{d\}S\}\{mathrm\{d\}T\},$

gdzie:

• $mathrm\{d\}tau\_T$ – różnica współczynników Thomsona przewodników,
• $S$ – współczynnik Seebecka,
• $pi$ – współczynnik Peltiera,
• $mathrm\{d\}T$ – gradient temperatury.