Томсона эффект. 1856
Термоэлектрический.
выделение или поглощение теплоты
в проводнике с током, вдоль к-рого имеется градиент темп-ры, происходящее
помимо выделения джоулевой теплоты. Теплота Томсона Qs пропорц. силе тока I,
времени t и перепаду темп-ры (Т1-Т2): Qs=S(I1-I2)It. Коэфф. Томсона S — хар-ка
проводника. Т. э. предсказан в 1856 англ. физиком У. Томсоном (лорд Кельвин) и
установлен экспериментально франц. физиком Леру и др.
Согласно теории Томсона, уд.
термоэдс пары проводников связана с их коэфф. S1 и S2 соотношением: da/dT=(S1-S2)/T, где a
— коэфф. Зеебека (см. Зеебека
эффект).
Если вдоль проводника, по к-рому
протекает ток, существует градиент темп-ры, причём направление тока соответствует
движению эл-нов от горячего конца к холодному, то при переходе из более
нагретого участка в более холодный эл-ны тормозятся и передают избыточную
энергию окружающим атомам (выделяется теплота); при обратном направлении тока
эл-ны, переходя из более холодного участка в более горячий, ускоряются полем
термоэдс и пополняют свою энергию за счёт энергии окружающих атомов (теплота поглощается).
Этим и объясняется (в первом приближении) Т. э.
Приведем сам закон Джоуля Ленца:
Если обе части формулы
RI
= U,
выражающей закон
Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R,
умножить на IΔt, то получится
соотношение
RI2Δt = UIΔt = ΔA.
Это соотношение выражает
закон сохранения энергии для однородного участка цепи.
Работа
ΔA
электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло
ΔQ,
выделяющееся на проводнике.
ΔQ
= ΔA = RI2Δt.
Закон преобразования работы
тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга
Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца.
Вопрос:
учитывает ли Закон Джоуля-Ленца затраты на создание проводником
магнитного поля? Данный факт, что любой
проводник при прохождении электрического тока создает вокруг себя магнитное
поле неоспорим, и не может подвергаться сомнению. Возникает недоумение, куда
соотносить затраты энергии на его создание? В современной электродинамике
получается, что никакой энергии не затрачивается. При том при всем существует
формула от Максвелла с энергией магнитного поля.
Q=Li2/2
Эта формула получена следующим образом
B = μ0
Φ =
L = μ0
Eинд=EL=-dФ/dt=-LdI/dt
, эдс самоиндукции
,
I=
EL /R=-LdI/Rdt ток
Из закона сохранения энергии следует, что вся энергия, запасенная
в катушке, выделится в виде джоулева тепла. Если обозначить через
Δ
Q=Li2/2 полная
энергия, запасенная в соленоиде
Но проводник с током, как его в виток не превращай, все равно
останется проводом, следовательно, это справедливо и для линейного проводника
при n=1.
Количество тепла и в прямом проводе зависит от его индуктивности.
Получаем рекурсию, так как
имеется формула
B = μ0
Но существует достаточно некорректная формула для модуля индукции
линейного проводника с током
В= μ0
Здесь не учтена длина проводника. Вроде как? Подразумевается, что
это для двух одинаковых токов, но тогда будет I2.
Она получена отсечением взаимодействия со вторым проводником из
закона Ампера
F= μ0
Получается непонятный множитель
по сути дела превращающий предыдущую
формулу в абсурдизм.
С одной стороны индукция
зависит от расстояния. С другого
нет…. Как хочешь?
так и выбирай.
ОТВЕТ: Учитывает. Тогда должна быть пропорциональная зависимость
между выделением тепла и энергией потраченной на создание поля. Это наиболее
вероятное предположение, поскольку ток по закону Ома зависит от полного
сопротивления проводника. В противном случае не выполнялся бы закон Ома и
отсутствовала бы линейная прямо
пропорциональная зависимость выделения тепла от сопротивления.
Тогда
следует уточнить что в работу
электрического тока входят и затраты на рассеянное проводом излучения
(электромагнитного), хотя и тепловое тоже электромагнитной природы – ИК. Так
что это и все излучение, что не входит в инфракрасный спектр.
Каким
образом можно учесть эти дополнительные затраты. Дело сложное и заключается в
том, что само тепло уже входит в состав комплексного электромагнитного
излучения.
Надо записывать закон следующим образом
Полная
работа электрического тока электрического тока эквивалентна полному
сопротивлению.
Тогда
сопротивление является результатом рассеяния электрического тока
При
прохождении тока в проводнике.
Такое
заявление о дополнении теплоты никак не комментируется и воспринимается как
должное. Хотя эта формула ни в коей мере
не нарушает закона Джоуля Ленца, она является ее составной частью.
В общем
если есть нагрев части провода, то это тепловое излучение подхватывается током
(не электронами, а более энергичным излучением) и выделяется (рассеивается) на
более холодных участках.
Собственно она выражает падение напряжения RI = U,
Тогда сам закон будет таким:
Q= S(T2-T1)I2t
Единственно, что надо бы добавить так это
объяснение зависимости падения
напряжения в проводнике от направления тока. По-видимому, это изменение
сопротивления. И никакими квантовыми ухищрениями не удастся объяснить это. А ведь очень многие удивляются, когда,
измеряя сопротивление, получают разные значения при прямом и обратном
подключении. Но за малостью значения если и обращают на это внимание, то
спускают на тормозах все попытки найти этому причину и списывают на погрешности
измерений.
А эффект относится к разряду фундаментальных
явлений.
Дело в
том, если ток уже однажды прошел по проводнику, то все атомы уже выстроились по
ходу этого тока. Структура сформировалась. Своего рода память в структуре.
Обратное включение покажет сопротивление несколько большее, чем в прямом
направлении.
Точно такой же эффект наблюдается при магнитном
гистерезисе. Если хоть однажды образец был намагничен, то в нем всегда при
размагничивании будет остаточная намагниченность.
Таким образом данный дополнительный эффект
является электрическим гистерезисом, приписываемый в настоящее время только
сегнетоэлектрикам как запаздывания смещения по отношению к изменению поля.
Фатьянов
А.В. октябрь 2009 Fatyalink@mail.ru