톰슨 효과 — 열전 현상

직류 전류가 전선을 통과하면 전선이 가열됩니다. 줄-렌츠 법칙으로: 도체의 단위 부피당 방출된 화력은 전류 밀도와 도체에 작용하는 전계 강도의 곱과 같습니다.

이것은 전기장의 작용에 따라 와이어에서 움직이는 것들이 있기 때문입니다. 자유 전자, 전류를 형성하고 길을 따라 결정 격자의 노드와 충돌하고 운동 에너지의 일부를 그들에게 전달하여 결과적으로 결정 격자의 노드가 더 강하게 진동하기 시작합니다. 즉, 도체의 온도 볼륨 전체에서 상승합니다.

더 전계 강도 와이어에서 — 자유 전자의 속도가 높을수록 결정 격자의 노드와 충돌하기 전에 가속할 시간이 많을수록 자유 경로에서 얻을 수 있는 운동 에너지가 더 많고 노드로 전달되는 운동량이 더 많습니다. 그들과의 충돌 과정에서 순간에 결정 격자.전기장이 클수록 도체의 자유 전자가 가속되고 도체의 부피에서 더 많은 열이 방출됩니다.

이제 한쪽의 와이어가 가열된다고 상상해 봅시다. 즉, 한쪽 끝은 다른 쪽 끝보다 온도가 높고 다른 쪽 끝은 주변 공기와 거의 같은 온도입니다. 이는 도체의 가열된 부분에서 자유 전자가 다른 부분보다 열 이동 속도가 더 빠르다는 것을 의미합니다.

지금 전선을 그대로 두면 서서히 식어갑니다. 열의 일부는 주변 공기로 직접 전달되고, 열의 일부는 와이어의 덜 가열된 면으로 전달되어 주변 공기로 전달됩니다.

이 경우, 더 높은 열 이동률을 가진 자유 전자는 도체 전체 부피의 온도가 균등해질 때까지, 즉 열 속도가 일정해질 때까지 도체의 덜 가열된 부분에 있는 자유 전자에 운동량을 전달할 것입니다. 도체의 체적 전체에 걸쳐 자유 전자의 이동이 균등화됩니다.

실험을 복잡하게 해보자. 와이어를 직류 소스에 연결하고 소스의 음극 단자가 연결될 화염으로 측면을 예열합니다. 소스에 의해 생성된 전기장의 영향으로 와이어의 자유 전자가 음극 단자에서 양극 단자로 이동하기 시작합니다.

또한 와이어를 예열하여 생성된 온도 차이는 이러한 전자가 마이너스에서 플러스로 이동하는 데 기여합니다.

우리는 소스의 전기장이 와이어를 따라 열을 확산시키는 데 도움이 된다고 말할 수 있지만 핫 엔드에서 콜드 엔드로 이동하는 자유 전자는 일반적으로 느려지므로 추가 열 에너지를 주변 원자로 전달합니다.

즉, 자유 전자를 둘러싼 원자 방향으로 Joule-Lenz 열에 비해 추가 열이 방출됩니다.

이제 화염으로 와이어의 한쪽을 다시 가열하되 양극 리드가 있는 전류원을 가열된 면에 연결합니다. 음극 단자 쪽에서 도체의 자유 전자는 열 이동 속도가 느리지 만 소스의 전기장의 작용에 따라 가열 된 끝으로 돌진합니다.

와이어를 예열하여 생성된 자유 전자의 열 운동은 이러한 전자의 운동으로 마이너스에서 플러스로 전파됩니다. 콜드 엔드에서 핫 엔드로 이동하는 자유 전자는 일반적으로 가열된 와이어에서 열 에너지를 흡수하여 가속됩니다. 즉, 자유 전자를 둘러싼 원자의 열 에너지를 흡수합니다.

이 효과가 발견되었습니다 1856년 영국의 물리학자 윌리엄 톰슨그게 발견 균일하게 불균일하게 가열된 직류 도체에서 Joule-Lenz 법칙에 따라 방출되는 열 외에도 전류의 방향에 따라 추가 열이 도체의 부피에서 방출되거나 흡수됩니다(3차 열전 효과). .

Thomson 열의 양은 전류의 크기, 전류 지속 시간 및 도체의 온도 차이에 비례합니다.t — 켈빈당 볼트로 표현되고 다음과 같은 크기를 갖는 톰슨 계수 열기전력.

기타 열전 효과: 제벡 및 펠티에 효과