Effet Thomson - un phénomène thermoélectrique

Lorsqu'un courant électrique continu traverse un fil, ce fil est chauffé selon avec la loi Joule-Lenz: la puissance thermique dégagée par unité de volume du conducteur est égale au produit de la densité de courant et de l'intensité du champ électrique agissant dans le conducteur.

En effet, ceux qui se déplacent dans le fil sous l'action d'un champ électrique électrons libres, formant un courant, entrent en collision avec les nœuds du réseau cristallin en cours de route et leur transfèrent une partie de leur énergie cinétique, en conséquence, les nœuds du réseau cristallin commencent à vibrer plus fortement, c'est-à-dire la température du conducteur monte dans tout son volume.

Le plus intensité du champ électrique dans un fil - plus la vitesse des électrons libres a le temps d'accélérer avant d'entrer en collision avec les nœuds du réseau cristallin, plus ils ont le temps d'acquérir de l'énergie cinétique sur le chemin libre et plus ils transfèrent d'élan aux nœuds de le réseau cristallin à l'heure actuelle sur une trajectoire de collision avec eux.Il est évident que plus le champ électrique est important, plus les électrons libres dans le conducteur sont accélérés, plus il y a de dégagement de chaleur dans le volume du conducteur.

Imaginons maintenant que le fil d'un côté soit chauffé. C'est-à-dire qu'une extrémité a une température plus élevée que l'autre extrémité, tandis que l'autre extrémité a approximativement la même température que l'air ambiant. Cela signifie que dans la partie chauffée du conducteur, les électrons libres ont des vitesses de déplacement thermique plus élevées que dans l'autre partie.

Si vous laissez le fil seul maintenant, il refroidira progressivement. Une partie de la chaleur sera transférée directement à l'air ambiant, une partie de la chaleur sera transférée au côté le moins chauffé du fil, et de celui-ci à l'air ambiant.

Dans ce cas, les électrons libres avec des taux de mouvement thermique plus élevés transféreront l'élan aux électrons libres dans la partie la moins chauffée du conducteur jusqu'à ce que la température dans tout le volume du conducteur soit égalisée, c'est-à-dire jusqu'à ce que les taux de thermique le mouvement des électrons libres dans tout le volume du conducteur est égalisé.

Compliquons l'expérience. Nous connectons le fil à une source de courant continu, en préchauffant le côté avec une flamme à laquelle la borne négative de la source sera connectée. Sous l'influence du champ électrique créé par la source, les électrons libres dans le fil commenceront à se déplacer de la borne négative à la borne positive.

De plus, la différence de température créée par le préchauffage du fil contribuera au déplacement de ces électrons du moins vers le plus.

On peut dire que le champ électrique de la source aide à diffuser la chaleur le long du fil, mais les électrons libres se déplaçant de l'extrémité chaude vers l'extrémité froide sont généralement ralentis, ce qui signifie qu'ils transfèrent de l'énergie thermique supplémentaire aux atomes environnants.

Autrement dit, dans la direction des atomes entourant les électrons libres, une chaleur supplémentaire est libérée par rapport à la chaleur Joule-Lenz.

Maintenant, chauffez à nouveau un côté du fil avec une flamme, mais connectez la source de courant avec un fil positif au côté chauffé. Du côté de la borne négative, les électrons libres dans le conducteur ont des vitesses de déplacement thermique plus faibles, mais sous l'action du champ électrique de la source, ils se précipitent vers l'extrémité chauffée.

Le mouvement thermique des électrons libres créé par le préchauffage du fil se propage au mouvement de ces électrons du moins au plus. Les électrons libres se déplaçant de l'extrémité froide vers l'extrémité chaude sont généralement accélérés en absorbant l'énergie thermique du fil chauffé, ce qui signifie qu'ils absorbent l'énergie thermique des atomes entourant les électrons libres.

Cet effet a été trouvé en 1856 physicien britannique Guillaume Thomsonqui a trouvé que dans un conducteur de courant continu uniformément chauffé de manière non uniforme, en plus de la chaleur dégagée conformément à la loi de Joule-Lenz, une chaleur supplémentaire sera libérée ou absorbée dans le volume du conducteur, en fonction de la direction du courant (troisième effet thermoélectrique) .

La quantité de chaleur Thomson est proportionnelle à l'amplitude du courant, à la durée du courant et à la différence de température dans le conducteur.t — Coefficient de Thomson, qui est exprimé en volts par kelvin et a la même taille que force thermoélectromotrice.

Autres effets thermoélectriques : Effet Seebeck et Peltier