Ilustracja przedstawia schematyczne diagramy trzech głównych efektów w naszym polu termoelektrycznym: są to efekt Seebecka, efekt Peltiera i efekt Thomsona. Tym razem zajmiemy się Williamem Thomsonem i jego wielkim odkryciem – efektem Thomsona.
William Thomson urodził się w Irlandii w 1824 roku. Jego ojciec, James, był profesorem matematyki w Royal College w Belfaście. Później, gdy wykładał na Uniwersytecie w Glasgow, jego rodzina przeniosła się do Glasgow w Szkocji, gdy William miał osiem lat. Thomson rozpoczął studia na Uniwersytecie w Glasgow w wieku dziesięciu lat (nie trzeba się dziwić, że w tamtych czasach irlandzkie uniwersytety przyjmowały najzdolniejszych uczniów szkół podstawowych), a naukę na poziomie uniwersyteckim rozpoczął w wieku około 14 lat. W wieku 15 lat zdobył złoty medal uniwersytecki za artykuł zatytułowany „Kształt Ziemi”. Thomson później rozpoczął studia na Uniwersytecie Cambridge, które ukończył z drugim najlepszym uczniem w swojej klasie. Po ukończeniu studiów wyjechał do Paryża i przez rok prowadził badania eksperymentalne pod kierunkiem Rene. W 1846 roku Thomson powrócił na Uniwersytet w Glasgow, aby służyć jako profesor filozofii przyrody (tj. Fizyki) aż do przejścia na emeryturę w 1899 roku.
Thomson założył pierwsze nowoczesne laboratorium fizyczne na Uniwersytecie w Glasgow. W wieku 24 lat opublikował monografię na temat termodynamiki i ustalił „absolutną termodynamiczną skalę temperatury” dla temperatury. W wieku 27 lat opublikował książkę „Teoria termodynamiki”, ustanawiając drugą zasadę termodynamiki i czyniąc ją podstawowym prawem fizyki. Wspólnie odkryli efekt Joule'a-Thomsona podczas dyfuzji gazu z Joule'em; Po dziewięciu latach budowy stałego atlantyckiego kabla podmorskiego między Europą a Ameryką otrzymał szlachetnie urodzony tytuł „Lorda Kelvina”.
Zakres badań Thomsona był dość szeroki przez całe jego życie. Wniósł znaczący wkład w fizykę matematyczną, termodynamikę, elektromagnetyzm, mechanikę sprężystości, teorię eteru i nauki o Ziemi.
W 1856 roku Thomson przeprowadził wszechstronną analizę efektu Seebecka i efektu Peltiera, stosując ustalone przez siebie zasady termodynamiki i ustalił związek między pierwotnie niepowiązanymi współczynnikami Seebecka i współczynnikiem Peltiera. Thomson uważał, że przy zera absolutnym istnieje prosta wielokrotna zależność między współczynnikiem Peltiera a współczynnikiem Seebecka. Na tej podstawie teoretycznie przewidział nowy efekt termoelektryczny, czyli gdy prąd przepływa przez przewodnik o nierównomiernej temperaturze, oprócz generowania nieodwracalnego ciepła Joule'a, przewodnik ten dodatkowo pochłania lub oddaje pewną ilość ciepła (tzw. ciepło Thomsona). Lub odwrotnie, gdy temperatury na obu końcach metalowego pręta są różne, na obu końcach metalowego pręta powstanie różnica potencjałów elektrycznych. Zjawisko to nazwano później efektem Thomsona i stało się trzecim efektem termoelektrycznym po efekcie Seebecka i efekcie Peltiera.
Historia się skończyła. Oto kluczowy punkt!
P: Jakie są odpowiednio trzy główne efekty termoelektryczne?
Odp.: Efekt Seebecka, znany również jako pierwszy efekt termoelektryczny, odnosi się do zjawiska termoelektrycznego spowodowanego różnicą temperatur pomiędzy dwoma różnymi przewodnikami lub półprzewodnikami, co skutkuje różnicą napięcia A pomiędzy dwiema substancjami.
Efekt Peltiera, znany również jako drugi efekt termoelektryczny, odnosi się do zjawiska, w którym, gdy prąd przepływa przez punkt styku utworzony przez przewodniki A i B, oprócz ciepła Joule'a generowanego w wyniku przepływu prądu przez obwód, w punkcie styku występuje również efekt endotermiczny lub egzotermiczny. Jest to reakcja odwrotna do efektu Seebecka. Ponieważ ciepło Joule'a jest niezależne od kierunku prądu, ciepło Peltiera można zmierzyć, przykładając dwukrotnie prąd w przeciwnym kierunku.
Efekt Thomsona, znany również jako trzeci efekt termoelektryczny, został zaproponowany przez Thomsona jako prosty wielokrotny związek między współczynnikiem Peltiera a współczynnikiem Seebecka w temperaturze zera absolutnego. Na tej podstawie teoretycznie przewidział nowy efekt termoelektryczny, czyli gdy prąd przepływa przez przewodnik o nierównomiernej temperaturze, oprócz generowania nieodwracalnego ciepła Joule'a, przewodnik ten dodatkowo pochłania lub oddaje pewną ilość ciepła (tzw. ciepło Thomsona). Lub odwrotnie, gdy temperatury na obu końcach metalowego pręta są różne, na obu końcach metalowego pręta powstanie różnica potencjałów elektrycznych.
P: Jaki jest związek pomiędzy tymi trzema efektami termoelektrycznymi?
O: Trzy efekty termoelektryczne mają pewne powiązania: Efekt Thomsona to zjawisko, w którym generowany jest potencjał elektryczny, gdy występuje różnica temperatur pomiędzy dwoma końcami przewodnika; efekt Pelliera to zjawisko polegające na powstaniu różnicy temperatur pomiędzy dwoma końcami naładowanego przewodnika (jeden koniec wytwarza ciepło, a drugi go pochłania). Połączenie tych dwóch tworzy efekt Seebecka.
Podsumowując, efekt termoelektryczny odnosi się do zjawiska polegającego na tym, że gdy w punkcie styku dwóch materiałów wystąpi różnica temperatur, nastąpi różnica potencjałów elektrycznych i prąd. Efekt Seebecka przekształca energię cieplną w energię elektryczną, efekt Peltiera realizuje wzajemną konwersję energii elektrycznej i cieplnej, a efekt Thomsona opisuje efekt termiczny, gdy prąd przepływa przez materiał.
X-zasłużonejest profesjonalnym producentem i dostawcąMateriały termoelektryczne, Lodówki termoelektryczneIZespoły chłodnic termoelektrycznychw Chinach. Zapraszamy do konsultacji i zakupu.
