La ilustración muestra los diagramas esquemáticos de los tres efectos principales de nuestro campo termoeléctrico: son el efecto Seebeck, el efecto Peltier y el efecto Thomson. Esta vez vamos a explorar William Thomson y su gran descubrimiento: el efecto Thomson.
William Thomson nació en Irlanda en 1824. Su padre, James, era profesor de matemáticas en el Royal College de Belfast. Más tarde, mientras enseñaba en la Universidad de Glasgow, su familia se mudó a Glasgow, Escocia, cuando William tenía ocho años. Thomson ingresó a la Universidad de Glasgow a la edad de diez años (no debe sorprender que en esa época, las universidades irlandesas admitieran a los estudiantes de primaria más talentosos) y comenzó a estudiar cursos de nivel universitario alrededor de los 14 años. A la edad de 15 años, ganó una medalla de oro universitaria por un artículo titulado "La forma de la Tierra". Más tarde, Thomson fue a estudiar a la Universidad de Cambridge y se graduó como el segundo mejor estudiante de su grado. Después de graduarse, fue a París y realizó un año de investigación experimental bajo la dirección de René. En 1846, Thomson regresó a la Universidad de Glasgow para desempeñarse como profesor de filosofía natural (es decir, física) hasta su jubilación en 1899.
Thomson estableció el primer laboratorio de física moderno en la Universidad de Glasgow. A la edad de 24 años, publicó una monografía sobre termodinámica y estableció la "escala de temperatura termodinámica absoluta" para la temperatura. A los 27 años publicó el libro "Teoría de la termodinámica", estableciendo la segunda ley de la termodinámica y convirtiéndola en una ley fundamental de la física. Descubrieron conjuntamente con Joule el efecto Joule-Thomson durante la difusión de gases; Después de nueve años de construir un cable submarino permanente en el Atlántico entre Europa y América, recibió el título nobiliario de "Lord Kelvin".
El alcance de la investigación de Thomson fue bastante extenso a lo largo de su vida. Hizo importantes contribuciones en física matemática, termodinámica, electromagnetismo, mecánica de elasticidad, teoría del éter y ciencias de la tierra.
En 1856, Thomson realizó un análisis exhaustivo del efecto Seebeck y el efecto Peltier aplicando los principios termodinámicos que había establecido, y estableció una conexión entre el coeficiente de Seebeck originalmente no relacionado y el coeficiente de Peltier. Thomson creía que en el cero absoluto, existe una relación múltiple simple entre el coeficiente de Peltier y el coeficiente de Seebeck. Sobre esta base, predijo teóricamente un nuevo efecto termoeléctrico, es decir, cuando la corriente fluye a través de un conductor con temperatura desigual, además de generar calor Joule irreversible, el conductor también absorbe o libera una cierta cantidad de calor (conocido como calor de Thomson). O por el contrario, cuando las temperaturas en ambos extremos de una varilla de metal son diferentes, se formará una diferencia de potencial eléctrico en ambos extremos de la varilla de metal. Este fenómeno se denominó más tarde efecto Thomson y se convirtió en el tercer efecto termoeléctrico después del efecto Seebeck y el efecto Peltier.
La historia ha terminado. ¡Aquí está el punto clave!
P: ¿Cuáles son los tres principales efectos termoeléctricos respectivamente?
R: El efecto Seebeck, también conocido como primer efecto termoeléctrico, se refiere al fenómeno termoeléctrico causado por la diferencia de temperatura entre dos conductores o semiconductores diferentes, lo que resulta en una diferencia de voltaje entre dos sustancias.
El efecto Peltier, también conocido como segundo efecto termoeléctrico, se refiere al fenómeno donde, cuando la corriente pasa por el punto de contacto formado por los conductores A y B, además del calor Joule generado debido a la corriente que fluye por el circuito, también se produce un efecto endotérmico o exotérmico en el punto de contacto. Es la reacción inversa del efecto Seebeck. Dado que el calor Joule es independiente de la dirección de la corriente, el calor Peltier se puede medir aplicando electricidad dos veces en la dirección opuesta.
Thomson propuso que el efecto Thomson, también conocido como tercer efecto termoeléctrico, tuviera una relación múltiple simple entre el coeficiente de Peltier y el coeficiente de Seebeck en el cero absoluto. Sobre esta base, predijo teóricamente un nuevo efecto termoeléctrico, es decir, cuando la corriente fluye a través de un conductor con temperatura desigual, además de generar calor Joule irreversible, el conductor también absorbe o libera una cierta cantidad de calor (conocido como calor de Thomson). O por el contrario, cuando las temperaturas en ambos extremos de una varilla de metal son diferentes, se formará una diferencia de potencial eléctrico en ambos extremos de la varilla de metal.
P: ¿Cuál es la relación entre estos tres efectos termoeléctricos?
R: Los tres efectos termoeléctricos tienen ciertas conexiones: El efecto Thomson es el fenómeno donde se genera un potencial eléctrico cuando hay una diferencia de temperatura entre los dos extremos de un conductor; El efecto Pellier es el fenómeno donde se produce una diferencia de temperatura entre los dos extremos de un conductor cargado (un extremo genera calor y el otro absorbe calor). La combinación de ambos constituye el efecto Seebeck.
En resumen, el efecto termoeléctrico se refiere al fenómeno de que cuando hay una diferencia de temperatura en el punto de contacto de dos materiales, se producirá una diferencia de potencial eléctrico y corriente. El efecto Seebeck convierte la energía térmica en energía eléctrica, el efecto Peltier realiza la conversión mutua entre energía eléctrica y térmica, y el efecto Thomson describe el efecto térmico cuando la corriente pasa a través de un material.
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