مقال

"الأساس المادي للحصول على المعلومات"

"تأثير طومسون"

مكتمل:

فن. المجموعة E-71

بيتسينكو ك.

التحقق:

مساعد. كافيه EGAiMT

Voronin V.A.

تاجانروج 2013

مقدمة. 3

1. تأثير طومسون في أشباه الموصلات. 5

2. تطبيق التأثير. 12

مقدمة

تأثير طومسون- إحدى الظواهر الكهروحرارية ، والتي تتمثل في حقيقة أنه في موصل غير متجانس مسخن بشكل غير متساو مع تيار مباشر ، بالإضافة إلى الحرارة المنبعثة وفقًا لقانون جول لينز ، سيتم إطلاق أو امتصاص حرارة طومسون الإضافية في حجم الموصل ، اعتمادًا على اتجاه التيار.

تتناسب كمية حرارة طومسون مع قوة التيار والوقت وفرق درجة الحرارة ، وتعتمد على اتجاه التيار.

تم اكتشاف التأثير من قبل دبليو طومسون في عام 1856.

شرح التأثير في التقريب الأول على النحو التالي. في ظل الظروف التي يكون فيها تدرج درجة الحرارة على طول الموصل الذي يتدفق من خلاله التيار ، ويتوافق اتجاه التيار مع حركة الإلكترونات من الطرف الساخن إلى الطرف البارد ، عند الانتقال من قسم أكثر سخونة إلى قسم أكثر برودة ، تنقل الإلكترونات الطاقة الزائدة إلى الذرات المحيطة (يتم إطلاق الحرارة) ، وعندما تكون في الاتجاه المعاكس للتيار ، تمر من منطقة أبرد إلى منطقة أكثر سخونة ، تجدد طاقتها على حساب الذرات المحيطة (يتم امتصاص الحرارة).

في أشباه الموصلات ، من المهم أن يعتمد تركيز المواد الحاملة فيها بشدة على درجة الحرارة. إذا تم تسخين أشباه الموصلات بشكل غير متساو ، فسيكون تركيز حاملات الشحنة فيه أكبر حيث تكون درجة الحرارة أعلى ، وبالتالي يؤدي التدرج في درجة الحرارة إلى تدرج تركيز ، مما يؤدي إلى انتشار تدفق حاملات الشحنة. هذا يؤدي إلى انتهاك الحياد الكهربائي. يولد فصل الشحنات مجالًا كهربائيًا يمنع الفصل. وبالتالي ، إذا كان لأشباه الموصلات تدرج في درجة الحرارة ، فهذا يعني أنه يحتوي على مجال كهربائي ضخم.

لنفترض الآن أن تيارًا كهربائيًا يمر عبر هذه العينة تحت تأثير مجال كهربائي خارجي. إذا كان التيار يتعارض مع المجال الداخلي ، فيجب أن يقوم الحقل الخارجي عمل اضافيعند تحريك الشحنات المتعلقة بالمجال ، مما سيؤدي إلى إطلاق الحرارة ، بالإضافة إلى خسائر Lenz-Joule. إذا كان الحقل الحالي (أو الخارجي) موجهًا إلى الأمام ، فإنه يقوم بنفسه بعمل شحنات متحركة لإنشاء تيار. في هذه الحالة ، ينفق المصدر الخارجي طاقة أقل للحفاظ على التيار مما في حالة عدم وجود مجال داخلي. لا يمكن تنفيذ عمل المجال إلا من خلال الطاقة الحرارية للموصل نفسه ، لذلك يتم تبريده. تسمى ظاهرة توليد الحرارة أو الامتصاص في الموصل بسبب تدرج درجة الحرارة أثناء مرور التيار بتأثير طومسون. وبالتالي ، تسخن المادة عندما يتم توجيه الحقول بشكل معاكس ، وتبرد عندما تتطابق اتجاهاتهما.

في الحالة العامة ، يتم تحديد مقدار الحرارة المنبعثة في الحجم dV من خلال العلاقة:

أين معامل طومسون.

تأثير طومسون في أشباه الموصلات

الإطلاق الحجمي أو امتصاص الحرارة في أشباه الموصلات تحت التأثير المشترك للتيار الكهربائي والتدرج الحراري

وصف

يشير تأثير طومسون إلى التأثيرات الكهروحرارية ويتكون مما يلي: عندما يمر تيار كهربائي عبر شبه موصل (أو موصل) يوجد على طوله تدرج في درجة الحرارة ، بالإضافة إلى حرارة جول ، سيتم إطلاق أو امتصاص كمية إضافية من الحرارة فيه ، اعتمادًا على اتجاه التيار (حرارة طومسون).

يؤدي التسخين غير المتكافئ لعينة متجانسة في البداية إلى تغيير خصائصها ، مما يجعل المادة غير متجانسة. لذلك ، فإن ظاهرة طومسون هي ، في جوهرها ، ظاهرة بلتيير غريبة ، مع اختلاف أن عدم التجانس لا ينتج عن الاختلاف. التركيب الكيميائيالعينة ، ولكن ليس نفس درجة الحرارة.

تبين التجربة والحسابات النظرية أن ظاهرة طومسون تخضع للقانون الآتي:

,

أين يتم إطلاق (أو امتصاص) حرارة طومسون لكل وحدة زمنية لكل وحدة حجم لأشباه الموصلات (طاقة حرارية محددة) ؛

j هي الكثافة الحالية ؛

تدرج درجة الحرارة على طول العينة ؛

t هو معامل طومسون ، والذي يعتمد على طبيعة أشباه الموصلات ودرجة حرارتها.

يمكن تطبيق الصيغة أعلاه (ما يسمى بالشكل التفاضلي للقانون) على قسم من العينة x ، يتدفق على طوله التيار I ويوجد فرق معين في درجة الحرارة: (انظر الشكل 1)

أشباه الموصلات ذات الموصلية المختلطة

يحدد قانون طومسون بشكل متكامل المقدار الإجمالي لحرارة طومسون Qt المنبعثة (أو الممتصة) في الحجم الكامل لأشباه الموصلات قيد الدراسة (DV = SЧDx) خلال الوقت t:

,

أو أخيرًا:

Qt = tHDT HCH t.

في هذه الحالة ، يعتبر تأثير طومسون موجبًا إذا تسبب التيار الكهربائي المتدفق في اتجاه التدرج الحراري (I dT / dx) في تسخين أشباه الموصلات (Qt> 0) ، وسلبيًا إذا كان يبرد بنفس التيار. الاتجاه (كيو تي<0).

تفسير ظاهرة طومسون لأشباه الموصلات بنوع واحد من الحاملات (إلكترونات أو ثقوب) مشابه لحالة الموصلات المعدنية. أولاً ، من الضروري مراعاة التغيير في متوسط ​​طاقة حاملات الشحنة على طول العينة بسبب تسخينها غير المتكافئ. في الجزء الأكثر سخونة من أشباه الموصلات ، يكون متوسط ​​طاقة الإلكترونات (أو الثقوب) أكبر منه في الجزء الأقل تسخينًا. لذلك ، إذا كان اتجاه التيار في أشباه الموصلات يتوافق مع حركة الموجات الحاملة الحالية من الطرف الساخن إلى الطرف البارد ، فسوف ينقلون طاقتهم الزائدة إلى الشبكة البلورية ، مما يؤدي إلى إطلاق حرارة طومسون (Qt> 0 ).

في الاتجاه العكسي للتيار ، ستعمل حاملات الشحنة ، التي تتحرك من الطرف البارد إلى النهاية الساخنة ، على تجديد طاقتها بسبب الشبكة ، أي. يتم امتصاص كمية الحرارة المقابلة (Qt<0).

في أشباه الموصلات ذات الموصلية المختلطة ، في وجود تيار ، تتحرك الإلكترونات والثقوب تجاه بعضها البعض ، وسيتم تعويض التدفقات الحرارية المنقولة بواسطتها. لذلك ، في الشكل. 1 ، تنتقل الثقوب من النهاية الساخنة إلى النهاية الباردة ، والتي في حالة عدم وجود التوصيل الإلكتروني ، يجب أن تؤدي إلى إطلاق حرارة طومسون. ومع ذلك ، مع حركة الإلكترونات (من الطرف البارد إلى النهاية الساخنة) ، يرتبط امتصاص الحرارة. نتيجة لذلك ، عندما تكون تركيزات وحركات الإلكترونات والثقوب متساوية ، لا يتم إطلاق حرارة طومسون (Qt = 0).

العامل الثاني الذي يجب أخذه في الاعتبار يتعلق بالحقل الكهربائي للطاقة الحرارية الذي ينشأ في ظل ظروف عدم تجانس درجة الحرارة (الشكل 2 ، 3).

إطلاق وامتصاص حرارة طومسون في أشباه الموصلات الإلكترونية

ن موصل

إطلاق وامتصاص حرارة طومسون في ثقب أشباه الموصلات

ف موصل

النظر في أشباه الموصلات مع الموصلية الإلكترونية. دع Т1> Т2 ، أي يتم توجيه التدرج في درجة الحرارة من النقطة 2 إلى النقطة 1 (الشكل 2). يؤدي انتشار الإلكترونات من الطرف الساخن إلى الطرف البارد إلى فصل الشحنات ؛ ضد التدرج الحراري. إذا كان التيار يتدفق في اتجاه التدرج الحراري (تتحرك الإلكترونات في اتجاه الحقل ET) ، فإن الحقل ET سوف يبطئ الإلكترونات ، وسيبرد قسم أشباه الموصلات 1-2 (Qt<0). Если ток течет в обратном направлении, то произойдет нагревание участка 1-2.

في ثقب أشباه الموصلات ، ستكون النسب معكوسة (الشكل 3). تبدو هذه الظاهرة كما لو أن تدفقًا إضافيًا للحرارة مرتبطًا بمرور تيار كهربائي يتم فرضه على التدفق الحراري المعتاد الناجم عن التوصيل الحراري. في أشباه الموصلات ذات الفتحات ، يتم توجيه تدفق الحرارة الإضافي في نفس اتجاه تدفق التيار الكهربائي. في أشباه الموصلات الإلكترونية ، اتجاهات التيار والحرارة معاكسة.

تعمل العوامل المدروسة في اتجاهين متعاكسين ، لا تحدد الحجم فحسب ، بل تحدد أيضًا علامة t و Qt.

لإجراء دراسة كمية لظاهرة طومسون ، يمكن استخدام تجربة ، يظهر مخططها في الشكل. أربعة

مخطط التجربة لمراقبة تأثير طومسون

يتم أخذ قضيبين متطابقين AB و CD من المادة التي يتم اختبارها (على سبيل المثال ، أشباه الموصلات من النوع p). يتم توصيل الطرفين A و C معًا ويتم الحفاظ عليهما عند نفس درجة الحرارة (على سبيل المثال ، TA = TC = 100 درجة مئوية). درجات حرارة الأطراف الحرة B و D متساوية أيضًا (على سبيل المثال ، TB = TD = 0 درجة مئوية). في التجربة ، يتم قياس فرق درجة الحرارة لنقطتين أ وب ، يتم اختيارهما بطريقة تجعل درجة حرارتهما متماثلة في حالة عدم وجود تيار (Ta = Tb = T0). عندما يمر تيار كهربائي في قضيب واحد (في الشكل ، هذا هو قضيب CD) ، يمر تدفق حرارة إضافي من اليسار إلى اليمين (Qt> 0) ، وفي القضيب الآخر (AB) - من اليمين إلى اليسار ( كيو تي<0). В результате между точками а и b возникает разность температур DТ=Тa -Тb, которая регистрируется термопарами. При изменении направления тока знак разности температур изменяется на противоположный.

تأثير طومسون ، مثل الظواهر الكهروحرارية الأخرى ، له طابع ظاهري.

يرتبط معامل طومسون بمعاملات بلتيير p والقوة الحرارية أ بعلاقة طومسون:

.

بالنسبة لسلسلة مكونة من مادتين مختلفتين ، لدينا:

.

مع الأخذ في الاعتبار هذه العلاقات ، يمكن للمرء الحصول على قيمة اعتماد t على درجة الحرارة ، وتركيز الناقل ، وما إلى ذلك.

من خلال قياسات معامل طومسون ، يمكن تحديد المعامل الكهروحراري لمادة واحدة ، وليس الفرق في معاملات مادتين ، كما هو الحال في القياس المباشر لـ a و p. هذا يسمح ، عن طريق قياس t وتحديد a منه. في أحد المعادن ، احصل على المقياس الحراري المطلق.

تأثير طومسون ليس له تطبيق تقني ، ولكن يجب أن يؤخذ في الاعتبار في الحسابات الدقيقة للأجهزة الكهروحرارية.

تم وصف التأثير واكتشافه في عام 1854 من قبل ويليام طومسون ، الذي طور النظرية الديناميكية الحرارية للكهرباء الحرارية.

توقيت

وقت البدء (سجل إلى -3 إلى 2) ؛

مدى الحياة (سجل tc 13 إلى 15) ؛

وقت التدهور (السجل td -3 إلى 2) ؛

وقت التطوير الأمثل (سجل tk -2 إلى 1).

رسم بياني:

الإدراك الفني للتأثير

تنفيذ تأثير طومسون في أشباه الموصلات

وصف التطبيق الفني لتأثير طومسون (مخطط الخبرة لدراسة كمية للظاهرة) يرد في قسم "الجوهر" ، انظر الشكل. 4 والتعليقات عليها.

تطبيق تأثير

لا توجد تطبيقات تقنية لتأثير طومسون ، ولكن يجب أن يؤخذ في الاعتبار في الحسابات الدقيقة نسبيًا للأجهزة الكهروحرارية.

على سبيل المثال ، عند تحديد كفاءة المولدات الكهروحرارية لحساب حرارة طومسون ، يتم حساب المعامل الكهروحراري على أنه متوسط ​​قيمة القيم في كلا طرفي العنصر الحراري.

1. الموسوعة الفيزيائية. - م: الموسوعة الروسية الكبرى ، 1998.- T.3.- S.552.- T.5.- S.98-99.

2. Sivukhin S.D. الدورة العامة للفيزياء. - م: نوكا ، 1977. - المجلد 3. الكهرباء. - S.481-490.

3. Stilbans L.S. فيزياء أشباه الموصلات. - M. ، 1967. - S.75-83 ، 292-311.

4. Ioffe A.F. العناصر الحرارية لأشباه الموصلات. - M. ، 1960.

فرق جهد الاتصال الناتج هو:

ϕ − ϕ		= - (أ	- أ) / هـ +

ضع في اعتبارك الحالة عند ملامسة ثلاثة موصلات مختلفة عند نفس درجة الحرارة.

سيكون فرق الجهد بين نهايات الدائرة المفتوحة مساويًا للمجموع الجبري للقفزات المحتملة في جميع جهات الاتصال:

ϕ 1 - 3 = (ϕ 1 - 2) + (ϕ 2 - ϕ 3) ،

ومن هنا ، باستخدام العلاقات (1) و (2) ، نحصل على:

ϕ − ϕ		= - (أ - أ) / هـ +

كما يتضح ، لا يعتمد فرق جهد التلامس على الموصل الوسيط.

الشكل 1 توصيل ثلاثة موصلات مختلفة

إذا أغلقت الدائرة الكهربائية الموضحة في الشكل 1 ، فسيتم تطبيق e. د. ε ستساوي المجموع الجبري لجميع القفزات المحتملة التي تحدث عند الدوران حول الدائرة:

ε = (ϕ 1 - ϕ 2) + (ϕ 2 - ϕ 3) + (ϕ 3 - 1) ، (6)

من أين يتبع ذلك ε = 0.

وهكذا ، عندما تتشكل دائرة كهربائية مغلقة من عدة نواقل معدنية في نفس درجة الحرارة ، e. د. بسبب الاختلاف المحتمل الاتصال لا ينشأ. من أجل حدوث التيار ، يجب أن تكون تقاطعات الموصلات في درجات حرارة مختلفة.

لا يحدث فرق جهد التلامس بين معدنين فحسب ، بل يحدث أيضًا بين اثنين من أشباه الموصلات ، وهما معدن وأشباه موصلات ، وهما عازلان كهربائيان.

1.2 ظاهرة كهربية حرارية

من المعروف أن وظيفة عمل الإلكترونات من المعدن تعتمد على درجة الحرارة. لذلك ، يعتمد فرق جهد التلامس أيضًا على درجة الحرارة. إذا كانت درجة حرارة جهات الاتصال لدائرة مغلقة تتكون من عدة معادن ليست هي نفسها ، فإن إجمالي e. د. لن تكون الدائرة مساوية للصفر ، وينشأ تيار كهربائي في الدائرة. تنتمي ظاهرة حدوث التيار الكهروحراري (تأثير سيبيك) وما يرتبط بهما من تأثيرات بلتيير وتومسون إلى ظاهرة كهروحرارية.

انظر إلى التأثير

تأثير سيبيك هو حدوث تيار كهربائي في دائرة مغلقة تتكون من نواقل غير متشابهة متصلة في سلسلة ، والتلامسات بينهما درجات حرارة مختلفة. اكتشف هذا التأثير الفيزيائي الألماني تي سيبيك في عام 1821.

ضع في اعتبارك دائرة مغلقة تتكون من موصلين 1 و 2 مع درجات حرارة تقاطع TA (جهة اتصال A) و TB (جهة اتصال B) ، كما هو موضح في الشكل 2.

نحن نعتبر TA> TV. القوة الدافعة الكهربائية ε الناشئة في هذه الدائرة تساوي مجموع القفزات المحتملة في كلا التلامس:

ε = (ϕ 1 - ϕ 2) + (ϕ 2 - 1).

باستخدام العلاقة (3) ، نحصل على:

ε = (T.		− ت

لذلك ، في دائرة مغلقة ، ه. d.s. ، تتناسب قيمتها بشكل مباشر مع اختلاف درجة الحرارة عند جهات الاتصال. هذه هي القوة الحرارية الكهروحرارية

(أي د.).

من الناحية النوعية ، يمكن تفسير تأثير سيبيك على النحو التالي. القوى الخارجية التي تولد الطاقة الحرارية هي من أصل حركي. نظرًا لأن الإلكترونات الموجودة داخل المعدن خالية ، فيمكن اعتبارها نوعًا من الغاز. يجب أن يكون ضغط هذا الغاز هو نفسه بطول الموصل بالكامل. إذا كانت الأقسام المختلفة من الموصل لها درجات حرارة مختلفة ، فيجب إعادة توزيع تركيز الإلكترون لمعادلة الضغط. هذا يؤدي إلى توليد التيار.

اتجاه التيار أنا ، كما هو موضح في الشكل. 2 يتوافق مع الحالة TA> TB ، n1> n2. إذا قمت بتغيير علامة اختلاف درجة حرارة جهات الاتصال ، فسيتغير اتجاه التيار إلى العكس.

تأثير بيلتيير

تأثير بلتيير هو ظاهرة إطلاق أو امتصاص حرارة إضافية ، بالإضافة إلى حرارة جول ، عند ملامسة موصلين مختلفين ، اعتمادًا على الاتجاه الذي يتدفق فيه التيار الكهربائي. تأثير بلتيير هو عكس تأثير سيبيك. إذا كانت حرارة الجول تتناسب طرديًا مع مربع القوة الحالية ، فإن حرارة بلتيير تتناسب طرديًا مع القوة الحالية للقوة الأولى وتغير علامتها عندما يتغير الاتجاه الحالي.

ضع في اعتبارك دائرة مغلقة تتكون من موصلين معدنيين مختلفين ، يتدفق من خلالها التيار I (الشكل 3). دع اتجاه التيار I΄ يتطابق مع اتجاه التيار الذي أظهرته في الشكل. 2 للحالة TV> TA. اتصل بـ A ، والذي سيكون له تأثير Seebeck أكثر درجة حرارة عالية، وسوف يبرد الآن ، وسوف يسخن التلامس B. يتم تحديد قيمة حرارة بلتيير من خلال العلاقة:

س \ u003d ف I / t ،

حيث I΄ هي القوة الحالية ، و t هي وقت مرورها ، و P هي معامل بلتيير ، والتي تعتمد على طبيعة المواد الملامسة ودرجة الحرارة.

نظرًا لوجود اختلافات في جهد التلامس عند النقطتين A و B ، تنشأ المجالات الكهربائية التلامسية بقوة E r. في جهة الاتصال أ ، هذا الحقل هو نفس الاتجاه

حركة الإلكترونات ، وعند التلامس B تتحرك الإلكترونات عكس المجال E r. نظرًا لأن الإلكترونات مشحونة سالبًا ، يتم تسريعها عند التلامس B ، مما يؤدي إلى زيادة طاقتها الحركية. عند الاصطدام بأيونات المعادن ، تنقل هذه الإلكترونات الطاقة إليها. نتيجة لذلك ، تزداد الطاقة الداخلية عند النقطة B وتسخن جهة الاتصال. في

النقطة A ، على العكس من ذلك ، تقل طاقة الإلكترونات ، لأن المجال E r يبطئها. وفقًا لذلك ، يتم تبريد جهة الاتصال A ، لأن. تتلقى الإلكترونات الطاقة من الأيونات في مواقع الشبكة البلورية.

تأثير طومسون

يتمثل تأثير طومسون في حقيقة أنه عندما يمر التيار عبر موصل ساخن بشكل غير متساوٍ ، يتم إطلاق أو امتصاص حرارة إضافية ، على غرار تأثير بلتيير.

نظرًا لأن الأقسام المختلفة من الموصل يتم تسخينها بشكل مختلف ، فإن حالاتها الفيزيائية تختلف أيضًا. يتصرف الموصل الذي يتم تسخينه بشكل غير متساو مثل نظام من الأقسام غير المتشابهة جسديًا عند التلامس. في الجزء الأكثر سخونة من الموصل ، تكون طاقة الإلكترونات أعلى منها في الجزء الأقل تسخينًا. لذلك ، في عملية الحركة ، يتخلون عن جزء من طاقتهم للأيونات المعدنية في عقد الشبكة البلورية. نتيجة لذلك ، يتم إطلاق الحرارة. إذا تحركت الإلكترونات إلى منطقة ترتفع فيها درجة الحرارة ، فإنها تزيد طاقتها بسبب طاقة الأيونات ، ويبرد المعدن.

2- التطبيقات العملية للظاهرة الكهروحرارية

يستخدم تأثير Seebeck على نطاق واسع في أجهزة قياس درجة الحرارة وأجهزة للتحويل المباشر للطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية. يتكون أبسط هذه الأجهزة من موصلين معدنيين مختلفين M1 و M2 متصلان في سلسلة عن طريق اللحام أو اللحام. تسمى هذه الدائرة بالمحول الكهروحراري (المزدوج الحراري) ، وتسمى الموصلات التي تتكون منها المزدوجة الحرارية الأقطاب الكهربائية ، والأماكن التي يتم توصيلها بها هي الوصلات. يوضح الشكل 4 الدوائر الحرارية النموذجية.

الشكل 4. الدوائر الحرارية النموذجية

في الشكل 4 أ ، يتم توصيل جهاز القياس 1 بمساعدة توصيل الأسلاك 2 بفجوة أحد الأقطاب الكهربائية الحرارية M1. هذه دائرة مزدوجة حرارية نموذجية مع اتصال يتم التحكم في درجة حرارته ، عندما تظل درجة حرارة أحد التقاطعات ثابتة (عادةً عند درجة حرارة ذوبان الجليد 273 كلفن).

في الشكل 4 ب ، يتم توصيل جهاز القياس بنهايات الأقطاب الكهربائية الحرارية M1 و M2 ؛ TA و TB هي درجات حرارة جهات الاتصال "الساخنة" و "الباردة" للمزدوجة الحرارية ، على التوالي. هذه دائرة نموذجية لتشغيل ازدواج حراري مع اتصال "خامل" غير منظم للحرارة ، عندما تكون درجة حرارة التلفزيون مساوية لدرجة الحرارة المحيطة.

تتناسب الطاقة الحرارية ε لمزدوجة حرارية في نطاق درجة حرارة صغير مع اختلاف درجة الحرارة بين الوصلات:

ε = α 12 (T A - T B) ،

حيث αAB - معامل تي د.(قيمة t.e.f.s. ، الناشئة عن الفرق

درجات حرارة الوصلة في 1 ك).

α 12 = dT d ε أو α 12 = ∆ ∆ T ε.

يعتمد معامل الطاقة الحرارية α 12 على معاملات te. د. المواد α 1 و α 2 من الأقطاب الكهربائية الحرارية:

α 12 = α 1 - α 2.

معاملات t.e. د. يتم تحديد المواد المختلفة فيما يتعلق بالرصاص ، حيث يكون α Pb = 0. معامل تي د. يمكن أن تكون إيجابية و

قيمة سالبة وتعتمد بشكل عام على درجة الحرارة.

للحصول على الحد الأقصى لقيمة te. د. من الضروري اختيار المواد ذات أعلى المعاملات ، أي د. علامة المعاكس.

مع زيادة فرق درجة الحرارة بين التقاطعات ، أي د. لن يتغير وفقًا لقانون خطي ، لذلك ، قبل قياس درجة الحرارة باستخدام مزدوج حراري ، يتم معايرتها.

نطاق درجة الحرارة المقاس بواسطة المزدوجات الحرارية كبير جدًا: من درجة حرارة الهيليوم السائل إلى عدة آلاف من الدرجات. لزيادة دقة القياسات ، يتم استخدام دائرة توصيل مزدوج حراري مع اتصال يتم التحكم في درجة حرارته (الشكل 4 أ).

تعتبر الطاقة الحرارية حساسة للغاية لوجود الشوائب الكيميائية في التقاطع. لحماية تقاطع العمل للمزدوجة الحرارية من التأثيرات الكيميائية الخارجية ، يمكن وضعها في غلاف كيميائي واقي.

لزيادة الطاقة الكهروحرارية ، يتم توصيل المزدوجات الحرارية في سلسلة في قوالب حرارية. يتم الحفاظ على جميع التقاطعات الزوجية عند درجة حرارة واحدة ، وتقاطعات فردية عند درجة حرارة أخرى. القوة الدافعة الحرارية لمثل هذه البطارية تساوي مجموع تي. د. عناصره الفردية

الشكل 5 ثيرموبيل

تستخدم الأعمدة الحرارية المصغرة ، المكونة من أنحف شرائط من مادتين مختلفتين ، للكشف عن الأجسام الساخنة وقياس الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث منها. بالاقتران مع جلفانومتر حساس أو جهاز تضخيم إلكتروني ، يمكنهم اكتشاف ، على سبيل المثال ، الإشعاع الحراري ليد بشرية على مسافة عدة أمتار. تسمح الحساسية العالية للقوالب الحرارية باستخدامها كمستشعرات لأجهزة إنذار ارتفاع درجة الحرارة.

تستخدم البطاريات الحرارية أيضًا كمولدات للتيار الكهربائي. فهي بسيطة التصميم ولا تحتوي على أجزاء متحركة ميكانيكية. ومع ذلك ، فإن استخدام العناصر المعدنية الحرارية كمولدات غير فعال ، لذلك يتم استخدام مواد أشباه الموصلات لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية.

نظرًا لأن تأثير بلتيير يرتبط بعمليات إطلاق الحرارة وامتصاصها ، فإنه يُستخدم في أجهزة التبريد (الثلاجات).

3. معايرة الحرارية

للمعايرة ، يتم استخدام قيم درجة الحرارة المعروفة مسبقًا بدقة عالية (على سبيل المثال ، درجة حرارة ذوبان الجليد والماء المغلي وذوبان المعادن النقية). أثناء المعايرة ، يتم ترموستات الوصلة الباردة للمزدوجة الحرارية في وعاء ديوار مع ذوبان الجليد (أي ، يتم الاحتفاظ به عند درجة حرارة 00 درجة مئوية) ، ويتم غمر الوصلة الثانية بالتناوب في الحمامات بدرجة حرارة معروفة. يتم تقديم نتائج المعايرة في شكل جدول معايرة أو رسم بياني للاعتماد. د. من درجة الحرارة.

الملحق

التفسير الكمي لظهور T.E.D.

يرجع حدوث القوة الكهروحرارية إلى ثلاثة أسباب:

1. الاعتماد على درجة الحرارة لمستوى فيرمي ، مما يؤدي إلى ظهور مكون التلامس ، أي د.

2. انتشار ناقلات الشحنة من الطرف الساخن إلى البارد ، والذي يحدد حجم الكسر t. د.

3. عملية سحب الإلكترونات بواسطة الفونونات ، مما يعطي مكونًا إضافيًا

- فونون.

ضع في اعتبارك السبب الأول للطاقة الحركية القصوى لإلكترونات التوصيل في معدن عند صفر كلفن

تسمى طاقة فيرمي. يرتبط مستوى فيرمي عند الصفر المطلق وتركيز إلكترونات التوصيل بالعلاقة:

	إيف (0) =		(3 π 2 ن) 2/3
		8 π 2 م

أين ح هو ثابت بلانك ، م هي كتلة الإلكترون ، ن هو تركيز إلكترونات التوصيل.

في المعادن غير المتشابهة ، لا يكون تركيز إلكترونات التوصيل متماثلًا ، لذا فإن مستويات Fermi EF1 و EF2 ستكون مختلفة أيضًا. دع تركيز n2 في المعدن M2 أكبر من تركيز n1 في المعدن M1. ضع في اعتبارك مخططات الطاقة لموصلين M1 و M2 يقعان على مسافة صغيرة من بعضهما البعض (الشكل P1a). لنفترض أن W0 هي طاقة الإلكترون الحر الساكن في الفراغ ، حيث طاقته الكامنة تساوي الصفر. ثم ، بالنسبة إلى هذا المستوى ، يتم تحديد الطاقة الكامنة لإلكترون التوصيل في المعدن من خلال طاقته الكامنة الداخلية e و عمل فعالالناتج أ ، وتعتمد الطاقة الحركية على درجة الحرارة ومستوى فيرمي. نشير إلى الطاقة الإجمالية للإلكترون في معدن مثل EF + eφ

إذا تم الاتصال بالمعادن M1 و M2 (الشكل P1 ب ، ج) ، سيبدأ انتشار الإلكترونات ، حيث ستنتقل الإلكترونات من المعدن 2 إلى المعدن 1 ، منذ n1

أرز. P1. مخطط الطاقة من معدنين:

أ) لا يوجد اتصال ؛ ب) على اتصال ، ولكن لا يوجد توازن ؛ ج) التوازن

في الواقع ، يوجد في المعدن M2 مستويات طاقة مملوءة تقع فوق مستوى Fermi E F1 للمعدن الأول. ستنتقل الإلكترونات من هذه المستويات إلى المستويات الحرة الأساسية للمعدن M1 ، والتي تقع فوق مستوى E F1. نتيجة الانتشار ، يتم شحن المعدن 2 موجبًا ، والمعدن 1 سالبًا ، ومستوى فيرمي للمعدن الأول يرتفع ، ومستوى المعدن الثاني

ينزل. وبالتالي ، ينشأ مجال كهربائي في منطقة التلامس ، و ،

ومن ثم وفرق احتمال الاتصال الداخلي ، مما يمنع المزيد من حركة الإلكترونات. عند قيمة معينة من فرق محتمل الاتصال الداخليش 12 سيتم إنشاء التوازن بين المعادن ، وستصبح مستويات فيرمي متساوية. سيحدث هذا عندما تتساوى الطاقات

ه و 1 + ه 1 = ه و 2 + ه 2.

هذا يعني التعبير عن الاختلاف المحتمل للاتصال الداخلي

ϕ 1 - ϕ 2 = U 12		E F1 - E F2

إذا كان كل من التقاطعين A و B للموصلات في نفس درجة الحرارة ، فإن اختلافات جهد التلامس متساوية ولها علامات معاكسة ، أي أنها تلغي بعضها البعض.

في الاشتقاق ، تم افتراض أن المعادن في درجات حرارة منخفضة. ومع ذلك ، ستظل النتيجة صحيحة أيضًا في درجات الحرارة الأخرى: يحتاج المرء فقط أن يضع في اعتباره أنه عند T ≠ 0K يعتمد مستوى فيرمي ليس فقط على تركيز الإلكترون ، ولكن أيضًا على درجة الحرارة.

شريطة أن kT<<ЕF эта зависимость имеет следующий вид:

−π

≈ ه

(0 )1

اي اف (0)

لذلك ، إذا تم الحفاظ على درجات حرارة مختلفة عند التقاطعات A و B ، فإن مجموع القفزات المحتملة في التقاطعات سيكون غير صفري وسيؤدي إلى ظهور emf. هذا EMF ، بسبب اختلافات الاتصال المحتملة ، وفقًا للتعبير P2 يساوي:

ε ك \ u003d U 12 (T A) + U 12 (T B) \ u003d 1 e ([E F 1 (T A) - E F 2 (T A)] + [E F 1 (T B) - E F 2 (T B)]) =

1 هـ ([E F 2 (T B) - E F 2 (T A)] + [E F1 (T B) - E F1 (T A)])

يمكن تمثيل التعبير الأخير على النحو التالي:

	= ∫ الخامس	1 dE F 2		دي تي - ∫ ب	1 dE F 1		دي تي.
	تي أ ه			تي أ ه

السبب الثاني يحدد المكون الحجمي أي d.s. ، المرتبطة بتوزيع غير منتظم لدرجة الحرارة في الموصل. إذا ظل التدرج الحراري ثابتًا ، فسوف يتدفق تدفق مستمر للحرارة عبر الموصل. في المعدن ، يتم نقل الحرارة بشكل أساسي عن طريق حركة إلكترونات التوصيل. يوجد تدفق منتشر للإلكترونات موجه ضد التدرج الحراري. نتيجة لذلك ، سينخفض ​​تركيز الإلكترونات في الطرف الساخن ، وفي النهاية الباردة

سيزيد. داخل الموصل ، ينشأ مجال كهربائي E r T موجه ضد تدرج درجة الحرارة ، مما يمنع المزيد من فصل الشحنات (الشكل P2)

أرز. P2 ظهور t.e. د. في مادة متجانسة بسبب عدم التجانس المكاني لدرجة الحرارة.

وهكذا ، في حالة التوازن ، فإن وجود تدرج درجة الحرارة على طول العينة يخلق فرق جهد ثابت في نهاياته. هذا هو مكون الانتشار (أو الحجمي) أي d.s. ، والتي يتم تحديدها من خلال الاعتماد على درجة الحرارة لتركيز حاملات الشحنة وقدرتها على الحركة. ينشأ المجال الكهربائي في هذه الحالة في الجزء الأكبر من المعدن ، وليس في جهات الاتصال نفسها.

المصدر الثالث للـ t. e. د. هو تأثير سحب الإلكترونات بواسطة الفونونات. في وجود تدرج درجة الحرارة على طول الموصل ، يحدث انجراف من الفونونات (كمية الطاقة من الاهتزازات المرنة للشبكة) ، موجهة من الطرف الساخن إلى الطرف البارد. عند الاصطدام بالإلكترونات ، تنقل الفونونات إليها حركة موجهة ، وتسحبها على طول. نتيجة لذلك ، سوف تتراكم شحنة سالبة بالقرب من الطرف البارد للعينة (وشحنة موجبة عند الطرف الساخن) حتى يوازن فرق الجهد الناتج تأثير السحب. هذا الاختلاف المحتمل هو عنصر إضافي في أي. ds ، التي تصبح مساهمتها في درجات الحرارة المنخفضة حاسمة:

ε 1 أب	= ∫ V د ϕ = ∫ V د ϕ dT = ∫ V.			β 1 ديس ، (ف 5)
		أ dT

حيث β 1 \ u003d d dT ϕ - معامل الحجم e. د. في المعدن M1.

ε 2 أب	= −∫ د ϕ = - ∫ د ϕ دت = −∫ β 2 ديتس

حيث β 2 \ u003d d dT ϕ - معامل الحجم e. د. في المعدن M2.

مجموع كل هذه emfs تشكل القوة الحرارية الكهروحرارية

εT = εk + A 21 + ε B 12. (P7)

استبدال التعبيرات (A4) و (A5) و (A6) بالمساواة (A7) ، نحصل عليها

تلفزيون			1 dE F 1						1 dE F 2
ε Т = ∫					دي تي - ∫						دي تي. (ص 8)
تا			بتوقيت شرق الولايات المتحدة						بتوقيت شرق الولايات المتحدة

تسمى القيمة α = β - 1 e dE dT F المعامل أي د. وهي وظيفة

درجة الحرارة.

تزداد القيم المطلقة لجميع المعاملات الكهروحرارية بتناقص تركيز المادة الحاملة. في المعادن ، تكون تركيزات الإلكترونات الحرة عالية جدًا وليست كذلك

حسب درجة الحرارة يكون غاز الإلكترون في حالة متدهورة ، وبالتالي فإن مستوى فيرمي والطاقة وسرعات الإلكترون تعتمد أيضًا على درجة الحرارة بشكل ضعيف. لذلك ، فإن معاملات الطاقة الحرارية للمعادن "الكلاسيكية" صغيرة جدًا (بترتيب عدة μV / K). بالنسبة لأشباه الموصلات ، يمكن أن تتجاوز α 1000 V / K.

باستخدام المعامل α ، نمثل التعبير (A8) بالشكل:

حيث α 12 \ u003d α 1 - α 2 - يسمى التفاضلية أو الحرارية الكهروحرارية المحددة

قوة زوج معين من المعادن.

إذا كانت α 12 تعتمد بشكل ضعيف على درجة الحرارة ، فيمكن تمثيل الصيغة (A9) تقريبًا على النحو التالي:

ε = α 12 (T B - T A) (P10)

ترتيب أداء العمل ومعالجة نتائج القياسات الخاصة بمراجعة الحسابات. 317

1. قم بإعداد مقياس الفولتميتر العالمي الرقمي V7-23 للتشغيل ، وللقيام بذلك ، اضغط على زر "الشبكة" على اللوحة الأمامية للجهاز ، ثم زر "تلقائي". الإعداد التلقائي لحد القياس.

2. قم بتوصيل ازدواج حراري مثالي بمقياس الفولتميتر الرقمي B7-23. للقيام بذلك ، قم بتبديل "P" من كتلة المزدوجة الحرارية إلى الوضع "TP0".

3. اضبط تيار الحمل = 0.6 أمبير على مصدر سخان الازدواج الحراري.

4. عندما يتم الوصول إلى درجة حرارة سخان المزدوج الحراري ، حيث يصل EMF للمزدوج الحراري المرجعي إلى القيمة ε 0 = 0.5 mV ،

من الضروري توصيل المزدوجة الحرارية التي تم فحصها بإدخال الفولتميتر الرقمي V7-23 بدلاً من المزدوجة الحرارية المرجعية. للقيام بذلك ، يجب نقل المفتاح "P" الخاص بكتلة المزدوجة الحرارية بسرعة إلى موضع "TPn" وإدخاله في جدول نتائج القياس ، القيمة التي تم الحصول عليها من EMF للمزدوج الحراري الذي تم فحصه ε n.

الجدول 1

						ر n \ u003d ∆ t + t cf ،
	يسخن	ε0 ,	εн ،		تاف
	في

5. زيادة تيار السخان إلى 0.8A.

6. مرة أخرى ، استخدم المفتاح "P" لتوصيل ازدواج حراري مثالي بمقياس الفولتميتر الرقمي V7-23.

وعندما يصل EMF للمزدوجة الحرارية النموذجية إلى القيمة ε 0 = 1.00 mV

قم بالتبديل "P" للتبديل إلى الموضع المقابل لقياس EMF للمزدوجة الحرارية التي تم فحصها. يتم أيضًا إدخال القيمة التي تم الحصول عليها من EMF للمزدوج الحراري الذي تم فحصه ε n في الجدول 1 من نتائج القياس.

7. زيادة تيار السخان بمقدار 0.1 أمبير

وقيمة EMF للمزدوج الحراري النموذجي ε 0 = 1.50 mV

قم بالتبديل "P" للتبديل إلى الموضع المقابل لقياس EMF للمزدوج الحراري الذي تم فحصه ، أدخل في الجدول 1 من نتائج القياس.

8. بطريقة مماثلة ، زيادة تيار السخان وفقًا لتوصيات الجدول 1 ، قم بقياس EMF للمزدوج الحراري قيد الدراسة في قيم EMF للمزدوج الحراري المرجعي2.00mV ؛ 2.50 مللي فولت 3.00mV ؛ 3.50mV 4.00mV ؛ 4.50mV 5.00mV ؛ 5.50mV ؛ 6.00mV ؛

6.50mV ؛ 7.00 ميللي فولت.

9. استنادًا إلى نتائج قياس EMF للمزدوجات الحرارية المرجعية (انظر الجدول 1) ، باستخدام جدول المعايرة لقيم EMF للمزدوج الحراري المرجعي ، حدد فرق درجة الحرارة بين النهايات الساخنة والباردة للمزدوجات الحرارية ∆t واكتب لأسفل في Table1.

10. حدد القيم الفعلية لدرجات حرارة السخان مثل t n = ∆ t + t cf و

اكتب القيم التي تم الحصول عليها لدرجة حرارة السخان في الجدول 1. هنا t cf هي درجة حرارة الوسط.

11. باستخدام بيانات جدول المعايرة والجدول 1 ، ارسم على ورق الرسم البياني اعتماد EMF للمزدوج الحراري النموذجي وفحصه على اختلاف درجات الحرارة في النهايات.

12. باستخدام الرسوم البيانية لاعتماد المجالات الكهرومغناطيسية للمزدوجات الحرارية النموذجية والتي تم فحصها على اختلاف درجات الحرارة للنهايات على طول منحدر الخطوط المستقيمة التي تم الحصول عليها ، حدد القيم

معاملات t.e.α حوالي 12 د. تم فحص المزدوجات الحرارية المثالية و α n 12 وفقًا للصيغة: α 12 = ∆ ε / ∆ t

13. معامل تي. d.s.α 12 - قيمة تعتمد على معاملات t.e. د. المواد α 1 و α 2 ، والتي يتم من خلالها تصنيع المزدوجات الحرارية ، وتساوي الفرق بينهما α 12 = α 1 - α 2.

14. استخدام البيانات الواردة في الجدول 2 للمعاملات α 1 و α 2 t.e. د. المواد التي يتم من خلالها عمل الازدواج الحراري للكروميل-كوبل المستخدم في هذا المختبر كمزدوجة حرارية نموذجية ، احسب قيمة المعامل te. د. α حوالي 12 من هذا

المزدوجات الحرارية. قارن القيمة التي تم الحصول عليها من المعامل أي د. α حوالي 12 بقيمة المعامل أي د. تم الحصول على α o 12 عند تنفيذ البند 13 من المهمة.

15. باستخدام البيانات الواردة في الجدول 2 ، حدد المادة التي يتكون منها القطب الحراري A للمزدوجة الحرارية قيد الدراسة ، إذا كان معروفًا أن القطب الحراري B للمزدوج الحراري قيد الدراسة مصنوع من الألوميل ، حيث α 2 \ u003d - 17.3 ميكرو فولت / درجة

الجدول 2. معاملات ThermoEMF لبعض المواد بالنسبة للرصاص

				معامل في الرياضيات او درجة
		مواد		ثيرمويمف ،
		Sb (الأنتيمون)
		Fe (حديد)
		W (التنغستن)
		Au (ذهبي)
		Ag (فضي)
		الرصاص (الرصاص)
		Pt (بلاتيني)
		ني (نيكل)
		ثنائية (بزموت)
		قسنطينة
		الموليبدينوم)
		CuO (أكسيد النحاس)		Ι) تحقق في مكان العمل من التجميع الصحيح لمخطط التثبيت ، وفقًا لمخطط الأسلاك (انظر الشكل أدناه) أرز. مخطط الأسلاك: A - مقياس الجهد ، B - الفرن الكهربائي مع المزدوجات الحرارية ، C - مصدر طاقة الفرن ، TXA - المزدوجة الحرارية الكروم. ΙΙ) قبل توصيل مصدر الطاقة بالتيار الكهربائي (TES-88) ، من الضروري ضبط مقابض ضبط التيار الخشن والدقيق I إلى الموضع الأيمن المتطرف ، وتحويلها في اتجاه عقارب الساعة حتى تتوقف ، ومقابض ضبط الجهد الخشن والدقيق U إلى أقصى الموضع الأيسر عن طريق تدويرها عكس اتجاه عقارب الساعة حتى تتوقف. ثم قم بتشغيل مصدر الطاقة للشبكة. باستخدام مقبض تعديل الجهد الخشن U ، اضبط الجهد على 4.0 فولت بعد تسخين الفرن لمدة 5 دقائق ، قم بقياس t.e. د. مستشعر درجة الحرارة (المزدوجات الحرارية TCA) ، إلخ. د. التحقيق في المزدوجات الحرارية رقم 1 ورقم 2. للقيام بذلك ، قم بإعداد جهاز P4833 للتشغيل: إجراء العمل مع جهاز R4833 عند قياس EMF والجهد: 1. قبل بدء العمل ، يجب تحرير جميع أزرار مقياس الجهد! 2. اضغط على الأزرار "G" و "BP" و "NE" و "P". 3. انقر فوق الزرواحد". 4. اضبط (التحكم) في تيار التشغيل للدائرة الأولى لمقياس الجهد. للقيام بذلك ، اضبط إبرة الجلفانومتر على الصفر عن طريق إدارة تيار التشغيل المقابض "1"(خشن) و" 1 "(دقيق) أولاً مع الضغط على الزر ، ثم الضغط على الزر. 5. انقر فوق الزر 2 ". 6. اضبط (التحكم) في تيار التشغيل للدائرة الثانية لمقياس الجهد. للقيام بذلك ، اضبط إبرة الجلفانومتر على الصفر عن طريق تدوير تيار التشغيل "2"(خشن) و" 2 "(دقيق) أولاً مع الضغط على الزر ، ثم الضغط على الزر. 7. قم بتوصيل الكائن المراد قياسه بالمشابك"-x" ، "mV" ، مراقبة القطبية. 8. خذ القياس: اضغط على الزر "أنا". حقق التعويض الكامل للجهد المقاس عن طريق ضبط إبرة الجلفانومتر على الصفر عن طريق تدوير مقابض مفاتيح العقد "× 10 (mV)" ، "× 1Ω (mV) "،" × 0.1Ω (mV) "،" × 0.01Ω (mV) "أولاً أثناء الضغط على الزر ، ثم أثناء الضغط على الزر. ستكون قيمة الجهد المقاس بالسيارات مساوية لمجموع قراءات العقود. ΙΙΙ) في المستقبل ، زيادة الجهد بمقدار 1.0 فولت في كل مرة ، حتى قيمة تساوي 8.0 فولت ، قم بقياس t.e. د. ε THA، ε X 1، ε X 2 كما هو موضح في النقطتين 7 و 8. سجل جميع القيم في الجدول 1. الجدول 1 ε × 1 ، بالسيارات ε × 2 ، بالسيارات ε А ، mV ∆t ، درجة C × 1 ، بالسيارات / درجة C × 2 ، بالسيارات / درجة ΙV) باستخدام الرسم البياني المزدوج الحراري TCA (انظر الصفحة التالية) ، ابحث عن ∆t من قيمة TCA. سجل البيانات في الجدول رقم 1. ت) معرفة قيم t.e. د. ε X 1 و ε X 2 و t على نفس مخطط شبكة الإحداثيات ε X 1 و ε X 2 كدالة ∆t. VΙ) باستخدام الصيغة C = ε / t ، احسب ثوابت المزدوجة الحرارية C X 1 و C X 2 واحسب متوسط ​​قيمها. الجدول الكامل 1. أرز. الرسم البياني THA الحرارية

بالإضافة إلى الحرارة المنبعثة حسب قانون جول لينز، في حجم الموصل ، سيتم إطلاق أو امتصاص حرارة طومسون إضافية ، اعتمادًا على اتجاه التيار.

شرح التأثير في التقريب الأول على النحو التالي. في ظل الظروف التي يكون فيها تدرج درجة الحرارة على طول الموصل الذي يتدفق من خلاله التيار ، ويتوافق اتجاه التيار مع الحركة الإلكتروناتمن الطرف الساخن إلى البارد ، عند الانتقال من قسم أكثر سخونة إلى قسم أكثر برودة ، تنقل الإلكترونات الزائدة طاقةالمحيط ذرات(يتم إطلاق الحرارة) ، وفي الاتجاه المعاكس للتيار ، بالانتقال من منطقة أبرد إلى منطقة أكثر سخونة ، يجددون طاقتهم على حساب الذرات المحيطة (يتم امتصاص الحرارة).

في أشباه الموصلاتمن المهم أن يعتمد تركيز الحاملات فيها بشدة على درجة الحرارة. إذا تم تسخين أشباه الموصلات بشكل غير متساو ، فسيكون تركيز حاملات الشحنة فيه أكبر حيث تكون درجة الحرارة أعلى ، وبالتالي الانحداردرجة الحرارة تؤدي إلى تدرج تركيز ، مما يؤدي إلى تعريفتدفق حامل الشحن. هذا يؤدي إلى انتهاك الحياد الكهربائي. يولد فصل الرسوم الحقل الكهربائيالذي يمنع الانفصال. وبالتالي ، إذا كان لأشباه الموصلات تدرج في درجة الحرارة ، فهذا يعني أنه يحتوي على مجال كهربائي ضخم E ′ (displaystyle E ").

لنفترض الآن أن تيارًا كهربائيًا يمر عبر هذه العينة تحت تأثير مجال كهربائي خارجي E (displaystyle E). إذا كان التيار يتعارض مع المجال الداخلي E ′ (displaystyle E ")، ثم يجب أن يقوم الحقل الخارجي بعمل إضافي عند نقل الرسوم المتعلقة بالميدان E ′ (displaystyle E ")، مما سيؤدي إلى إطلاق الحرارة ، بالإضافة إلى خسائر Lenz-Joule. إذا كان المجال الحالي (أو الخارجي E (displaystyle E)) على طول E ′ (displaystyle E ")، ومن بعد E ′ (displaystyle E ")يقوم بعمل النقل شحنةلخلق تيار. في هذه الحالة ، ينفق المصدر الخارجي طاقة أقل للحفاظ على التيار مقارنة بالحالة عندما يكون المجال الداخلي E ′ (displaystyle E ")رقم. العمل الميداني E ′ (displaystyle E ")يمكن إجراؤه فقط بسبب الطاقة الحرارية للموصل نفسه ، لذلك يتم تبريده. تسمى ظاهرة توليد الحرارة أو الامتصاص في الموصل بسبب تدرج درجة الحرارة أثناء مرور التيار بتأثير طومسون. وهكذا يتم تسخين المادة عند الحقول E (displaystyle E)و E ′ (displaystyle E ")موجهة بشكل معاكس ، وتبرد عندما تتوافق اتجاهاتهم.

في الحالة العامة ، يتم تحديد مقدار الحرارة المنبعثة في الحجم dV من خلال العلاقة:

د Q T = - τ (∇ T ⋅ j) د t د ك (displaystyle dQ ^ (T) = - tau (nabla T cdot mathbf (j)) dtdV)، أين τ (displaystyle tau)- معامل طومسون.