Теория Томсона

Термодинамическая пара, или термопара, Зеебека состоит из двух проводников или полупроводников электричества а и б рис. 15-а. Если между спаями создать некоторую разность температур DТ или dТ, тогда в спаях образуются неодинаковые скачки электрического потенциала, а в замкнутой цепи возникает круговая циркуляция электрического заряда. Теплота Пельтье выделяется в одном спае и поглощается в другом. Теплота Томсона выделяется вдоль одного проводника и поглощается вдоль другого, эта теплота, по мнению Томсона, отлична от теплоты диссипации Джоуля.

Томсон предположил, что циркуляция электрического заряда в термопаре поддерживается теплотами Пельтье и Томсона, и высказал гипотезу, согласно которой суммарное изменение энтропии электрического заряда в круговом процессе изменения его состояния равно нулю, т.е. теплоты Пельтье и Томсона подводятся и отводятся обратимо.

На основании закона сохранения энергии Томсон получил следующее так называемое первое соотношение Томсона:

d(dj)/dТ = (dП/dТ) + s_б - s_а в/град, (491)

а на основе своей гипотезы – второе соотношение Томсона:

d(dj)/dТ = П/Т в/град. (492)

К аналогичным соотношениям приводит термодинамика необратимых процессов Онзагера и все другие известные теории.

В формулах (491) и (492) dj есть полная электродвижущая сила (ЭДС) термопары, d(dj)/dТ - коэффициент термоэлектродвижущей силы, или коэффициент Зеебека, П/Т - термоэлектрическая сила пары П и s - коэффициенты Пельтье и Томсона.

Коэффициент Пельтье выводится соотношением

П = I_Qк/I_Y в, (493)

коэффициент Томсона – соотношением

I_QТом = sDТI_Y вт. (494)

Здесь I_Qк, I_QТом и I_Y - потоки теплот Пельтье и Томсона и электрического заряда.

Коэффициент Пельтье положителен (теплота подводится к спаю), если ток I_Y, пропускаемый через спай, имеет то же направление, что и электрический ток в горячем спае термопары. Коэффициент Томсона положителен (теплота подводится к проводнику), если ток течет в направлении возрастающей температуры.