Efeito Thomson - um fenômeno termoelétrico

Quando uma corrente elétrica direta passa por um fio, esse fio é aquecido de acordo com com a lei de Joule-Lenz: a potência térmica liberada por unidade de volume do condutor é igual ao produto da densidade de corrente e a intensidade do campo elétrico atuando no condutor.

Isso porque aqueles que se movem no fio sob a ação de um campo elétrico elétrons livres, formando uma corrente, colidem com os nós da rede cristalina ao longo do caminho e transferem parte de sua energia cinética para eles, como resultado, os nós da rede cristalina começam a vibrar com mais força, ou seja, a temperatura do condutor aumenta ao longo de seu volume.

O mais força do campo elétrico em um fio — quanto maior a velocidade com que os elétrons livres têm tempo para acelerar antes de colidir com os nós da rede cristalina, mais energia cinética eles têm tempo para ganhar no caminho livre e mais momento eles transferem para os nós de a rede cristalina no momento em rota de colisão com eles.É óbvio que quanto maior o campo elétrico, os elétrons livres no condutor são acelerados, mais calor é liberado no volume do condutor.

Agora vamos imaginar que o fio de um lado é aquecido. Ou seja, uma extremidade tem uma temperatura mais alta que a outra, enquanto a outra tem aproximadamente a mesma temperatura do ar circundante. Isso significa que na parte aquecida do condutor os elétrons livres têm velocidades de movimento térmico maiores do que na outra parte.

Se você deixar o fio sozinho agora, ele esfriará gradualmente. Parte do calor será transferida diretamente para o ar circundante, parte do calor será transferida para o lado menos aquecido do fio e dele para o ar circundante.

Nesse caso, os elétrons livres com maiores taxas de movimento térmico irão transferir o momento para os elétrons livres na parte menos aquecida do condutor até que a temperatura em todo o volume do condutor seja igualada, ou seja, até que as taxas de transferência térmica o movimento dos elétrons livres ao longo do volume do condutor é equalizado.

Vamos complicar o experimento. Conectamos o fio a uma fonte de corrente contínua, pré-aquecendo o lado com uma chama à qual será conectado o terminal negativo da fonte. Sob a influência do campo elétrico criado pela fonte, os elétrons livres no fio começarão a se mover do terminal negativo para o terminal positivo.

Além disso, a diferença de temperatura criada pelo pré-aquecimento do fio contribuirá para o movimento desses elétrons de menos para mais.

Podemos dizer que o campo elétrico da fonte ajuda a espalhar o calor ao longo do fio, mas os elétrons livres que se movem da extremidade quente para a extremidade fria geralmente são desacelerados, o que significa que eles transferem energia térmica adicional para os átomos circundantes.

Ou seja, na direção dos átomos ao redor dos elétrons livres, um calor adicional é liberado em relação ao calor Joule-Lenz.

Agora aqueça um lado do fio novamente com uma chama, mas conecte a fonte de corrente com um fio positivo ao lado aquecido. Do lado do terminal negativo, os elétrons livres no condutor têm velocidades de movimento térmico menores, mas sob a ação do campo elétrico da fonte eles correm para a extremidade aquecida.

O movimento térmico dos elétrons livres criados pelo pré-aquecimento do fio se propaga para o movimento desses elétrons de menos para mais. Os elétrons livres que se movem da extremidade fria para a extremidade quente geralmente são acelerados pela absorção de energia térmica do fio aquecido, o que significa que absorvem a energia térmica dos átomos que cercam os elétrons livres.

Este efeito foi encontrado em 1856 físico britânico William Thomsonque descobriu que em um condutor de corrente contínua uniformemente não uniformemente aquecido, além do calor liberado de acordo com a lei de Joule-Lenz, calor adicional será liberado ou absorvido no volume do condutor, dependendo da direção da corrente (terceiro efeito termoelétrico) .

A quantidade de calor de Thomson é proporcional à magnitude da corrente, à duração da corrente e à diferença de temperatura no condutor.t — Coeficiente de Thomson, que é expresso em volts por kelvin e tem o mesmo tamanho que força termoeletromotriz.

Outros efeitos termoelétricos: Efeito Seebeck e Peltier