Effetto Thomson: un fenomeno termoelettrico

Quando una corrente elettrica continua passa attraverso un filo, quel filo viene riscaldato di conseguenza con la legge di Joule-Lenz: la potenza termica rilasciata per unità di volume del conduttore è uguale al prodotto della densità di corrente per l'intensità del campo elettrico agente nel conduttore.

Questo perché quelli che si muovono nel filo sono sotto l'azione di un campo elettrico elettroni liberi, formando una corrente, si scontrano con i nodi del reticolo cristallino lungo il percorso e trasferiscono loro parte della loro energia cinetica, di conseguenza, i nodi del reticolo cristallino iniziano a vibrare più fortemente, cioè la temperatura del conduttore aumenta per tutto il suo volume.

Più intensità del campo elettrico in un filo: maggiore è la velocità degli elettroni liberi che hanno il tempo di accelerare prima di entrare in collisione con i nodi del reticolo cristallino, maggiore è l'energia cinetica che hanno il tempo di guadagnare sul percorso libero e maggiore quantità di moto trasferiscono ai nodi di il reticolo cristallino al momento in rotta di collisione con loro.È ovvio che maggiore è il campo elettrico, gli elettroni liberi nel conduttore vengono accelerati, più calore viene rilasciato nel volume del conduttore.

Immaginiamo ora che il filo da un lato sia riscaldato. Cioè, un'estremità ha una temperatura più alta dell'altra estremità, mentre l'altra estremità ha approssimativamente la stessa temperatura dell'aria circostante. Ciò significa che nella parte riscaldata del conduttore gli elettroni liberi hanno velocità di movimento termico più elevate che nell'altra parte.

Se lasci il filo da solo ora, si raffredderà gradualmente. Una parte del calore verrà trasferita direttamente all'aria circostante, una parte del calore verrà trasferita al lato meno riscaldato del filo e da esso all'aria circostante.

In questo caso, gli elettroni liberi con velocità di movimento termico più elevate trasferiranno la quantità di moto agli elettroni liberi nella parte meno riscaldata del conduttore fino a quando la temperatura nell'intero volume del conduttore non sarà equalizzata, cioè fino a quando le velocità di movimento termico il movimento degli elettroni liberi in tutto il volume del conduttore è equalizzato.

Complichiamo l'esperimento. Colleghiamo il filo ad una sorgente di corrente continua, preriscaldando il lato con una fiamma alla quale andrà collegato il terminale negativo della sorgente. Sotto l'influenza del campo elettrico creato dalla sorgente, gli elettroni liberi nel filo inizieranno a spostarsi dal terminale negativo al terminale positivo.

Inoltre, la differenza di temperatura creata dal preriscaldamento del filo contribuirà al movimento di questi elettroni da meno a più.

Possiamo dire che il campo elettrico della sorgente aiuta a diffondere il calore lungo il filo, ma gli elettroni liberi che si spostano dall'estremità calda a quella fredda vengono solitamente rallentati, il che significa che trasferiscono ulteriore energia termica agli atomi circostanti.

Cioè, nella direzione degli atomi che circondano gli elettroni liberi, viene rilasciato calore aggiuntivo rispetto al calore Joule-Lenz.

Ora riscalda di nuovo un lato del filo con una fiamma, ma collega la sorgente di corrente con un conduttore positivo al lato riscaldato. Sul lato del terminale negativo, gli elettroni liberi nel conduttore hanno velocità di movimento termico inferiori, ma sotto l'azione del campo elettrico della sorgente si precipitano verso l'estremità riscaldata.

Il moto termico degli elettroni liberi creato dal preriscaldamento del filo si propaga al moto di questi elettroni da meno a più. Gli elettroni liberi che si spostano dall'estremità fredda all'estremità calda sono generalmente accelerati assorbendo energia termica dal filo riscaldato, nel senso che assorbono l'energia termica degli atomi che circondano gli elettroni liberi.

Questo effetto è stato trovato nel 1856 fisico britannico William Thompsonche lo ha trovato in un conduttore di corrente continua uniformemente riscaldato in modo non uniforme, oltre al calore ceduto secondo la legge di Joule-Lenz, ulteriore calore verrà rilasciato o assorbito nel volume del conduttore, a seconda della direzione della corrente (terzo effetto termoelettrico) .

La quantità di calore Thomson è proporzionale all'entità della corrente, alla durata della corrente e alla differenza di temperatura nel conduttore.t — Coefficiente di Thomson, che è espresso in volt per kelvin e ha le stesse dimensioni di forza termoelettromotrice.

Altri effetti termoelettrici: Effetto Seebeck e Peltier