Ефект Томсона: перетворення тепла в електрику та навпаки
У повсякденному житті ми часто стикаємося з явищем нагрівання або охолодження провідників зі струмом. Наприклад, коли ми вмикаємо лампочку, вона нагрівається, а коли ми підключаємо холодильник, він охолоджується. Ці процеси відбуваються завдяки ефекту Томсона, який є фундаментальним явищем у фізиці.
Що таке ефект Томсона?
— це явище нагрівання або охолодження провідника зі струмом в умовах існування градієнта температури. Це явище було вперше описано в 1856 році шотландським фізиком Вільямом Томсоном, який пізніше став відомим як лорд Кельвін.
Ефект Томсона виникає внаслідок взаємодії між електронами, які мають заряд, і атомами провідника. Коли електричний струм протікає через провідник, електрони рухаються через нього, стикаючись з атомами. Ці зіткнення призводять до виділення або поглинання тепла, залежно від напрямку струму та градієнта температури.
Застосування ефекту Томсона
Ефект Томсона має ряд практичних застосувань, включаючи:
- Вимірювання температури. Ефект Томсона можна використовувати для вимірювання температури провідника, вимірюючи електричний струм та тепловий потік через нього.
- Охолодження електронних пристроїв. Ефект Томсона можна використовувати для охолодження електронних пристроїв, таких як комп’ютери та мобільні телефони. Це досягається шляхом пропускання електричного струму через провідник, який прикріплений до пристрою, що охолоджується.
- Нагрівання матеріалів. Ефект Томсона можна використовувати для нагрівання матеріалів, таких як метали, пластмаси та рідини. Це досягається шляхом пропускання електричного струму через провідник, який знаходиться в контакті з матеріалом, що нагрівається.
Історичний контекст
Ефект Томсона був вперше описаний в 1856 році Вільямом Томсоном. Томсон був одним з найвидатніших фізиків свого часу, і його дослідження в галузі термодинаміки та електрики мали значний вплив на розвиток фізики. У 1851 році Томсон винайшов абсолютну шкалу температури, яка сьогодні відома як шкала Кельвіна.
Ефект Томсона був одним з перших явищ, яке показало, що тепло і електрика тісно пов’язані. Це відкриття мало велике значення для розвитку термодинаміки і фізики твердого тіла.
Детальний опис ефекту Томсона
Ефект Томсона можна описати математично за допомогою рівняння Томсона:
$$\frac{dT}{dx}=-\frac{I}{\sigma ST}$$
де:
- $T$ — температура провідника,
- $x$ — відстань вздовж провідника,
- $I$ — електричний струм, що протікає через провідник,
- $\sigma$ — питома електропровідність провідника,
- $S$ — коефіцієнт Томсона для провідника.
Коефіцієнт Томсона є матеріальною константою, яка залежить від температури та тиску провідника. Для більшості металів коефіцієнт Томсона є позитивним, що означає, що провідник нагрівається при протіканні електричного струму.
Висновок
Ефект Томсона — це явище нагрівання або охолодження провідника зі струмом в умовах існування градієнта температури. Це явище має ряд практичних застосувань, включаючи вимірювання температури, охолодження електронних пристроїв та нагрівання матеріалів.
Часті запитання
- Що таке ефект Томсона?
Ефект Томсона — це явище нагрівання або охолодження провідника зі струмом в умовах існування градієнта температури. - Хто відкрив ефект Томсона?
Ефект Томсона був вперше описаний в 1856 році шотландським фізиком Вільямом Томсоном, який пізніше став відомим як лорд Кельвін. - Для чого використовується ефект Томсона?
Ефект Томсона має ряд практичних застосувань, включаючи вимірювання температури, охолодження електронних пристроїв та нагрівання матеріалів. - Як відбувається ефект Томсона?
Ефект Томсона виникає внаслідок взаємодії між електронами, які мають заряд, і атомами провідника. Коли електричний струм протікає через провідник, електрони рухаються через нього, стикаючись з атомами. Ці зіткнення призводять до виділення або поглинання тепла, залежно від напрямку струму та градієнта температури. - Який знак коефіцієнта Томсона для більшості металів?
Для більшості металів коефіцієнт Томсона є позитивним, що означає, що провідник нагрівається при протіканні електричного струму.