Thomson effekt

Thomson-effekt - et af de termoelektriske fænomener , som består i, at i en homogen ujævnt opvarmet leder med jævnstrøm , ud over den varme, der frigives i overensstemmelse med Joule-Lenz-loven, vil yderligere Thomson-varme blive frigivet eller absorberet i volumen af lederen, afhængig af strømmens retning .

Mængden af Thomson- varme er proportional med strømstyrken , tid og temperaturforskel, afhænger af strømmens retning.

Effekten blev opdaget af William Thomson i 1851 .

Forklaringen af effekten i den første tilnærmelse er som følger. Under forhold, hvor der er en temperaturgradient langs lederen, som strømmen løber igennem, og strømmens retning svarer til elektronernes bevægelse fra den varme ende til den kolde ende, når man bevæger sig fra en varmere sektion til en koldere, elektroner overfører overskydende energi til de omgivende atomer (varme frigives), og når de går i modsat retning af strømmen, passerer fra et koldere område til et varmere, genopbygger deres energi på bekostning af de omgivende atomer (varme absorberes).

I halvledere er det vigtigt, at koncentrationen af bærere i dem er stærkt afhængig af temperaturen. Hvis halvlederen opvarmes ujævnt, så vil koncentrationen af ladningsbærere i den være større, hvor temperaturen er højere, så temperaturgradienten fører til en koncentrationsgradient, hvilket resulterer i en diffusionsstrøm af ladningsbærere. Dette fører til en krænkelse af den elektriske neutralitet. Adskillelse af ladninger genererer et elektrisk felt , der forhindrer adskillelse. Således, hvis der er en temperaturgradient i en halvleder, så har den et bulk elektrisk felt . $E'$

Lad os nu antage, at en elektrisk strøm føres gennem en sådan prøve under påvirkning af et eksternt elektrisk felt . Hvis strømmen går imod det indre felt , skal det eksterne felt udføre yderligere arbejde, når ladninger flyttes i forhold til feltet , hvilket vil føre til frigivelse af varme, ud over Lenz-Joule-tabene. Hvis strømmen (eller det eksterne felt ) er rettet langs , så udfører den selv arbejdet med at flytte ladninger for at skabe en strøm. I dette tilfælde bruger den eksterne kilde mindre energi på at opretholde strømmen end i tilfældet, hvor der ikke er noget internt felt. Arbejdet i feltet kan kun udføres på bekostning af selve lederens termiske energi, så den afkøles. Fænomenet varmegenerering eller absorption i en leder på grund af en temperaturgradient under strømmens passage kaldes Thomson-effekten. Således opvarmes stof, når felterne og er modsat rettet, og afkøles, når deres retninger falder sammen. $E$ $E'$ $E'$ $E$ $E'$ $E'$ $E'$ $E'$ $E$ $E'$

I det generelle tilfælde bestemmes mængden af frigivet varme i volumenet dV af relationen

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

hvor er Thomson-koefficienten, som er udtrykt i volt per kelvin og har samme dimension som den termoelektromotoriske kraft [1] . $\tau$

Se også

Noter

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

Kilder

A. D. VLASOV Enheder af mængder i videnskab og teknologi: A Handbook / A. D. Vlasov, B. P. Murin. — M. : Energoatomizdat, 1990. — 176 s. - LBC 22.3 . - UDC 53.081 (035.5) . — ISBN 5-283-03966-8 .