Thomsonov efekt — termoelektrični fenomen
Kada istosmjerna električna struja prolazi kroz žicu, ta se žica zagrijava prema s Joule-Lenzovim zakonom: oslobođena toplinska snaga po jedinici volumena vodiča jednaka je umnošku gustoće struje i jakosti električnog polja koje djeluje u vodiču.
To je zato što oni koji se kreću u žici pod djelovanjem električnog polja slobodni elektroni, stvarajući struju, sudaraju se s čvorovima kristalne rešetke na putu i prenose dio svoje kinetičke energije na njih, kao rezultat toga, čvorovi kristalne rešetke počinju jače vibrirati, odnosno temperatura vodiča diže se po cijelom volumenu.
Više jakost električnog polja u žici — što je veća brzina slobodnih elektrona koji imaju vremena za ubrzanje prije nego što se sudare s čvorovima kristalne rešetke, to više kinetičke energije imaju vremena dobiti na slobodnom putu i više zamaha prenose na čvorove kristalna rešetka u trenutku sudara s njima.Očito je da što je električno polje veće, slobodni elektroni u vodiču se ubrzavaju, to se više topline oslobađa u volumenu vodiča.
Sada zamislimo da je žica s jedne strane zagrijana. To jest, jedan kraj ima višu temperaturu od drugog kraja, dok drugi kraj ima približno istu temperaturu kao okolni zrak. To znači da u zagrijanom dijelu vodiča slobodni elektroni imaju veće brzine toplinskog gibanja nego u drugom dijelu.
Ako sada ostavite žicu na miru, postupno će se ohladiti. Dio topline će prijeći izravno na okolni zrak, dio topline će se prenijeti na manje zagrijanu stranu žice, a s nje na okolni zrak.
U tom će slučaju slobodni elektroni s većim brzinama toplinskog gibanja prenositi impuls na slobodne elektrone u manje zagrijanom dijelu vodiča sve dok se temperatura u cijelom volumenu vodiča ne izjednači, odnosno dok se brzine toplinskog gibanja ne izjednače. kretanje slobodnih elektrona po cijelom volumenu vodiča je izjednačeno.
Zakomplicirajmo eksperiment. Spojimo žicu na izvor istosmjerne struje, prethodno zagrijavajući plamenom stranu na koju će biti spojen negativni terminal izvora. Pod utjecajem električnog polja koje stvara izvor, slobodni elektroni u žici počet će se kretati s negativnog na pozitivni izvod.
Osim toga, temperaturna razlika stvorena predgrijavanjem žice doprinijet će kretanju tih elektrona od minusa do plusa.
Možemo reći da električno polje izvora pomaže u širenju topline duž žice, ali slobodni elektroni koji se kreću od vrućeg kraja prema hladnom obično su usporeni, što znači da predaju dodatnu toplinsku energiju okolnim atomima.
To jest, u smjeru atoma koji okružuju slobodne elektrone, oslobađa se dodatna toplina u odnosu na Joule-Lenzovu toplinu.
Sada ponovno zagrijte jednu stranu žice plamenom, ali spojite izvor struje s pozitivnim vodom na grijanu stranu. Na strani negativnog izvoda slobodni elektroni u vodiču imaju manje brzine toplinskog gibanja, ali pod djelovanjem električnog polja izvora hrle prema zagrijanom kraju.
Toplinsko gibanje slobodnih elektrona nastalo predgrijavanjem žice širi se na gibanje tih elektrona od minus prema plusu. Slobodni elektroni koji se kreću od hladnog kraja prema vrućem općenito se ubrzavaju apsorbiranjem toplinske energije iz zagrijane žice, što znači da apsorbiraju toplinsku energiju atoma koji okružuju slobodne elektrone.
Ovaj učinak je pronađen godine 1856 britanski fizičar William Thomsonkoja je utvrdila da u jednoliko nejednoliko zagrijanom istosmjernom vodiču, osim oslobođene topline prema Joule-Lenzovom zakonu, oslobađat će se ili apsorbirati dodatna toplina u volumenu vodiča, ovisno o smjeru struje (treći termoelektrični efekt) .
Količina Thomsonove topline proporcionalna je veličini struje, trajanju struje i razlici temperature u vodiču.t — Thomsonov koeficijent, koji se izražava u voltima po kelvinu i ima istu veličinu kao termoelektromotorna sila.
Ostali termoelektrični efekti: Seebeckov i Peltierov učinak