אפקט תומסון - תופעה תרמו-אלקטרית
כאשר זרם חשמלי ישר עובר דרך חוט, החוט הזה מחומם בהתאם עם חוק ג'ול-לנץ: ההספק התרמי המשוחרר ליחידת נפח של המוליך שווה למכפלת צפיפות הזרם וחוזק השדה החשמלי הפועל במוליך.
הסיבה לכך היא אלו שנעים בחוט תחת פעולת שדה חשמלי אלקטרונים חופשיים, יוצרים זרם, מתנגשים בצמתים של סריג הגביש לאורך הדרך ומעבירים אליהם חלק מהאנרגיה הקינטית שלהם, כתוצאה מכך, הצמתים של סריג הגביש מתחילים לרטוט חזק יותר, כלומר, טמפרטורת המוליך. עולה בכל נפחו.
יותר חוזק שדה חשמלי בחוט - ככל שמהירות האלקטרונים החופשיים מספיקה להאיץ לפני שהם מתנגשים בצמתים של סריג הגביש, כך יש להם זמן לצבור יותר אנרגיה קינטית בנתיב החופשי וככל שהם מעבירים יותר מומנטום לצמתים של סריג הקריסטל כרגע במסלול התנגשות איתם.ברור שככל שהשדה החשמלי גדול יותר, האלקטרונים החופשיים במוליך מואצים, כך משתחרר יותר חום בנפח המוליך.
עכשיו בואו נדמיין שהחוט בצד אחד מחומם. כלומר, לקצה אחד יש טמפרטורה גבוהה מהקצה השני, בעוד שבקצה השני יש טמפרטורה זהה בערך לאוויר שמסביב. המשמעות היא שבחלק המחומם של המוליך לאלקטרונים החופשיים יש מהירות תנועה תרמית גבוהה יותר מאשר בחלק השני.
אם תשאיר את החוט לבד עכשיו, הוא יתקרר בהדרגה. חלק מהחום יועבר ישירות לאוויר שמסביב, חלק מהחום יועבר לצד הפחות מחומם של החוט, וממנו לאוויר שמסביב.
במקרה זה, האלקטרונים החופשיים בעלי קצבי תנועה תרמית גבוהים יותר יעבירו את התנע לאלקטרונים החופשיים בחלק הפחות מחומם של המוליך עד להשוואת הטמפרטורה בכל נפח המוליך, כלומר עד לקצבי התרמית. תנועת האלקטרונים החופשיים בכל נפח המוליך משתווה.
בואו נסבך את הניסוי. אנו מחברים את החוט למקור זרם ישר, מחממים את הצד עם להבה שאליה יחובר המסוף השלילי של המקור. בהשפעת השדה החשמלי שנוצר על ידי המקור, האלקטרונים החופשיים בחוט יתחילו לנוע מהטרמינל השלילי למסוף החיובי.
בנוסף, הפרש הטמפרטורה שנוצר מחימום מוקדם של החוט יתרום לתנועת האלקטרונים הללו ממינוס לפלוס.
אפשר לומר שהשדה החשמלי של המקור עוזר להפיץ חום לאורך החוט, אבל האלקטרונים החופשיים הנעים מהקצה החם לקצה הקר מואטים בדרך כלל, מה שאומר שהם מעבירים אנרגיית חום נוספת לאטומים שמסביב.
כלומר, בכיוון האטומים המקיפים את האלקטרונים החופשיים, משתחרר חום נוסף ביחס לחום ג'ול-לנץ.
כעת מחממים צד אחד של החוט שוב עם להבה, אך חבר את מקור הזרם עם מוביל חיובי לצד המחומם. בצד של הטרמינל השלילי, האלקטרונים החופשיים במוליך הם בעלי מהירויות נמוכות יותר של תנועה תרמית, אך תחת פעולת השדה החשמלי של המקור הם ממהרים אל הקצה המחומם.
התנועה התרמית של אלקטרונים חופשיים שנוצרת על ידי חימום מוקדם של החוט מתפשטת לתנועת האלקטרונים הללו ממינוס לפלוס. אלקטרונים חופשיים הנעים מהקצה הקר לקצה החם מואצים בדרך כלל על ידי קליטת אנרגיית חום מהחוט המחומם, כלומר הם סופגים את אנרגיית החום של האטומים המקיפים את האלקטרונים החופשיים.
נמצאה השפעה זו בשנת 1856 פיזיקאי בריטי וויליאם תומסוןשמצא את זה במוליך זרם ישר מחומם בצורה לא אחידה, בנוסף לחום המשתחרר בהתאם לחוק ג'ול-לנץ, ישתחרר או ייקלט חום נוסף בנפח המוליך, בהתאם לכיוון הזרם (אפקט תרמו-אלקטרי שלישי) .
כמות החום של תומסון היא פרופורציונלית לגודל הזרם, משך הזרם והפרש הטמפרטורה במוליך.t - מקדם תומסון, שמתבטא בוולט לקלווין ובעל אותו גודל כמו כוח תרמו-אלקטרו-מוטיבי.
אפקטים תרמו-אלקטריים אחרים: אפקט Seebeck ו-Peltier