این تصویر نمودارهای شماتیک سه اثر اصلی در میدان ترموالکتریک ما را نشان می دهد: آنها اثر Seebeck، اثر Peltier و اثر Thomson هستند. این بار قصد داریم ویلیام تامسون و کشف بزرگ او - اثر تامسون - را بررسی کنیم.
ویلیام تامسون در سال 1824 در ایرلند به دنیا آمد. پدرش جیمز، استاد ریاضیات در کالج سلطنتی بلفاست بود. بعداً، هنگامی که ویلیام هشت ساله بود، هنگامی که او در دانشگاه گلاسکو تدریس می کرد، خانواده اش به گلاسکو، اسکاتلند نقل مکان کردند. تامسون در ده سالگی وارد دانشگاه گلاسکو شد (نباید تعجب کنید که در آن دوران، دانشگاههای ایرلند مستعدترین دانشآموزان مقطع ابتدایی را میپذیرفتند)، و در حدود سن 14 سالگی شروع به تحصیل در دورههای دانشگاهی کرد. در سن 15 سالگی، او مدال طلای دانشگاه را برای مقالهای با عنوان "شکل زمین" دریافت کرد. تامسون بعداً برای تحصیل در دانشگاه کمبریج رفت و به عنوان دومین دانشجوی برتر در کلاس خود فارغ التحصیل شد. پس از فارغ التحصیلی به پاریس رفت و یک سال تحقیقات تجربی را زیر نظر رنه انجام داد. در سال 1846، تامسون به دانشگاه گلاسکو بازگشت تا به عنوان استاد فلسفه طبیعی (یعنی فیزیک) تا زمان بازنشستگی خود در سال 1899 خدمت کند.
تامسون اولین آزمایشگاه فیزیک مدرن را در دانشگاه گلاسکو تأسیس کرد. او در سن 24 سالگی یک تک نگاری در مورد ترمودینامیک منتشر کرد و "مقیاس دمای ترمودینامیکی مطلق" را برای دما ایجاد کرد. او در سن 27 سالگی کتاب "نظریه ترمودینامیک" را منتشر کرد و قانون دوم ترمودینامیک را ایجاد کرد و آن را به عنوان قانون اساسی فیزیک تبدیل کرد. به طور مشترک اثر ژول تامسون را در حین انتشار گاز با ژول کشف کرد. پس از 9 سال ساخت کابل زیردریایی دائمی اقیانوس اطلس بین اروپا و آمریکا، عنوان نجیب "لرد کلوین" به او اعطا شد.
دامنه تحقیقات تامسون در طول زندگی او بسیار گسترده بود. او سهم قابل توجهی در فیزیک ریاضی، ترمودینامیک، الکترومغناطیس، مکانیک الاستیسیته، نظریه اتر و علوم زمین داشت.
در سال 1856، تامسون با به کارگیری اصول ترمودینامیکی که ایجاد کرده بود، تجزیه و تحلیل جامعی از اثر Seebeck و اثر Peltier انجام داد و ارتباطی بین ضریب Seebeck در ابتدا نامرتبط و ضریب Peltier برقرار کرد. تامسون معتقد بود که در صفر مطلق، یک رابطه چندگانه ساده بین ضریب پلتیه و ضریب سیبک وجود دارد. بر این اساس، او از نظر تئوری یک اثر ترموالکتریک جدید را پیشبینی کرد، یعنی زمانی که جریان از رسانایی با دمای ناهموار عبور میکند، رسانا علاوه بر تولید گرمای ژول برگشتناپذیر، مقدار معینی گرما را نیز جذب یا آزاد میکند (که به عنوان گرمای تامسون شناخته میشود). یا برعکس، وقتی دماهای دو سر یک میله فلزی متفاوت است، اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو سر میله فلزی ایجاد می شود. این پدیده بعدها اثر تامسون نامیده شد و سومین اثر ترموالکتریک پس از اثر Seebeck و اثر Peltier شد.
داستان تمام شد. نکته کلیدی اینجاست!
س: سه اثر اصلی ترموالکتریک به ترتیب کدامند؟
پاسخ: اثر Seebeck که به عنوان اولین اثر ترموالکتریک نیز شناخته می شود، به پدیده ترموالکتریک ناشی از اختلاف دما بین دو رسانا یا نیمه هادی مختلف اشاره دارد که منجر به اختلاف ولتاژ بین دو ماده می شود.
اثر پلتیه که به عنوان دومین اثر ترموالکتریک نیز شناخته می شود، به پدیده ای اطلاق می شود که در آن هنگام عبور جریان از نقطه تماس ایجاد شده توسط هادی های A و B، علاوه بر گرمای ژول تولید شده در اثر جریان عبوری از مدار، یک اثر گرماگیر یا گرمازا نیز در نقطه تماس وجود دارد. این واکنش معکوس اثر Seebeck است. از آنجایی که گرمای ژول مستقل از جهت جریان است، گرمای پلتیه را می توان با اعمال دو بار الکتریسیته در جهت مخالف اندازه گیری کرد.
اثر تامسون که به عنوان سومین اثر ترموالکتریک نیز شناخته می شود، توسط تامسون پیشنهاد شد تا یک رابطه چندگانه ساده بین ضریب پلتیه و ضریب سیبک در صفر مطلق داشته باشد. بر این اساس، او از نظر تئوری یک اثر ترموالکتریک جدید را پیشبینی کرد، یعنی زمانی که جریان از رسانایی با دمای ناهموار عبور میکند، رسانا علاوه بر تولید گرمای ژول برگشتناپذیر، مقدار معینی گرما را نیز جذب یا آزاد میکند (که به عنوان گرمای تامسون شناخته میشود). یا برعکس، وقتی دماهای دو سر یک میله فلزی متفاوت است، اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو سر میله فلزی ایجاد می شود.
س: رابطه بین این سه اثر ترموالکتریک چیست؟
الف: سه اثر ترموالکتریک دارای اتصالات خاصی هستند: اثر تامسون پدیده ای است که در آن پتانسیل الکتریکی زمانی ایجاد می شود که بین دو سر یک هادی اختلاف دما وجود دارد. اثر پلیر پدیده ای است که در آن اختلاف دما بین دو سر یک هادی باردار ایجاد می شود (یک سر آن گرما تولید می کند و انتهای دیگر گرما را جذب می کند). ترکیب این دو اثر Seebeck را تشکیل می دهد.
به طور خلاصه، اثر ترموالکتریک به پدیده ای اطلاق می شود که وقتی در نقطه تماس دو ماده اختلاف دما وجود دارد، اختلاف پتانسیل الکتریکی و جریان ایجاد می شود. اثر Seebeck انرژی حرارتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند، اثر Peltier تبدیل متقابل بین انرژی الکتریکی و حرارتی را درک می کند، و اثر تامسون اثر حرارتی را هنگامی که جریان از یک ماده عبور می کند، توصیف می کند.
X-Deservedیک تولید کننده و تامین کننده حرفه ای استمواد ترموالکتریک, کولرهای ترموالکتریکومجموعه کولرهای ترموالکتریکدر چین به مشاوره و خرید خوش آمدید.
