Thomson effekt

Thomson-effekten - ett av de termoelektriska fenomenen , som består i det faktum att i en homogen ojämnt uppvärmd ledare med likström , utöver den värme som frigörs i enlighet med Joule-Lenz-lagen, kommer ytterligare Thomson-värme att frigöras eller absorberas i ledarens volym, beroende på strömriktningen .

Mängden Thomson -värme är proportionell mot strömstyrkan , tids- och temperaturskillnaden, beror på strömriktningen.

Effekten upptäcktes av William Thomson 1851 .

Förklaringen av effekten i den första approximationen är som följer. Under förhållanden när det finns en temperaturgradient längs ledaren genom vilken strömmen flyter, och strömriktningen motsvarar elektronernas rörelse från den varma änden till den kalla änden, när man flyttar från en varmare sektion till en kallare, elektroner överför överskottsenergi till de omgivande atomerna (värme frigörs), och när de går i motsatt riktning av strömmen, passerar från ett kallare område till ett varmare, fyller de på sin energi på bekostnad av de omgivande atomerna (värme absorberas).

I halvledare är det viktigt att koncentrationen av bärare i dem är starkt beroende av temperaturen. Om halvledaren värms ojämnt, så blir koncentrationen av laddningsbärare i den större där temperaturen är högre, så temperaturgradienten leder till en koncentrationsgradient, vilket resulterar i ett diffusionsflöde av laddningsbärare. Detta leder till ett brott mot den elektriska neutraliteten. Separation av laddningar genererar ett elektriskt fält som förhindrar separation. Således, om det finns en temperaturgradient i en halvledare, har den ett bulk elektriskt fält . $E'$

Låt oss nu anta att en elektrisk ström passerar genom ett sådant prov under inverkan av ett yttre elektriskt fält . Om strömmen går mot det inre fältet måste det externa fältet göra ytterligare arbete när man flyttar laddningar i förhållande till fältet , vilket kommer att leda till frigöring av värme, förutom Lenz-Joule-förlusterna. Om strömmen (eller det yttre fältet ) är riktad längs , gör den själv arbetet med att flytta laddningar för att skapa en ström. I detta fall förbrukar den externa källan mindre energi för att upprätthålla strömmen än i fallet när det inte finns något internt fält. Fältets arbete kan endast utföras på bekostnad av själva ledarens termiska energi, så den kyls. Fenomenet med värmealstring eller absorption i en ledare på grund av en temperaturgradient under strömpassage kallas Thomson-effekten. Alltså värms materia upp när fälten och är motsatt riktade, och svalnar när deras riktningar sammanfaller. $E$ $E'$ $E'$ $E$ $E'$ $E'$ $E'$ $E'$ $E$ $E'$

I det allmänna fallet bestäms mängden värme som frigörs i volymen dV av förhållandet

dQ^{T}=-\tau (\nabla T\cdot \mathbf {j} )\,dt\,dV,

var är Thomson-koefficienten, som uttrycks i volt per kelvin och har samma dimension som den termoelektromotoriska kraften [1] . $\tau$

Se även

Anteckningar

↑ Vlasov, Murin, 1990 , Thomson-koefficient, sid. 43.

Källor

A. D. VLASOV Kvantitetsenheter inom vetenskap och teknik: A Handbook / A. D. Vlasov, B. P. Murin. — M. : Energoatomizdat, 1990. — 176 sid. - LBC 22.3 . - UDC 53.081 (035.5) . — ISBN 5-283-03966-8 .