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Efecto Thomson

1851
  • William Thomson (Lord Kelvin)
Experimento con conductor de corriente que demuestra el efecto Thomson en termoelectricidad.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El efecto Thomson describe el calentamiento o enfriamiento de un conductor de corriente cuando existe un gradiente de temperatura a lo largo de su longitud. El calor se produce o se absorbe cuando la corriente fluye a través de un material con un gradiente de temperatura. La tasa de producción de calor por unidad de longitud viene dada por [latex]\frac{dQ}{dx} = -\mathcal{K} J \frac{dT}{dx}[/latex], donde [latex]\mathcal{K}[/latex] es el coeficiente de Thomson.

El efecto Thomson surge porque Seebeck El coeficiente de Seebeck de un material generalmente depende de la temperatura. A medida que los portadores de carga se mueven a lo largo de un conductor desde una región caliente a una fría (o viceversa), su energía promedio cambia no solo debido a la temperatura, sino también al cambio en el coeficiente de Seebeck. Cuando una corriente eléctrica (J) fluye a través de un conductor con un gradiente de temperatura ([latex]frac{dT}{dx}[/latex]), este efecto se hace evidente.

Si la corriente fluye en la misma dirección que el flujo de calor (de caliente a frío), se puede absorber o liberar calor dependiendo del signo del coeficiente de Thomson ([latex]mathcal{K}[/latex]) para ese material. Este calentamiento o enfriamiento es distinto y se superpone al calentamiento Joule irreversible ([latex]I^2R[/latex]) que siempre ocurre. El efecto Thomson es crucial para una descripción termodinámica completa de los fenómenos termoeléctricos y está vinculado al efecto Seebeck y Peltier efectos a través de las relaciones de Kelvin, que son fundamentales para este campo.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Física del estado sólido

Tipo

Efecto físico

Ruptura

Incremental

Uso

Nicho/Especialización

Precursores

  • descubrimiento del efecto seebeck (1821)
  • descubrimiento del efecto peltier (1834)
  • El trabajo de Sadi Carnot sobre termodinámica y máquinas térmicas
  • El trabajo de James Prescott Joule sobre el efecto de calentamiento de la corriente eléctrica.

Aplicaciones

  • Proporciona un marco teórico completo para la termoelectricidad
  • Se utiliza en el modelado preciso de generadores y refrigeradores termoeléctricos.
  • Ayuda a caracterizar los materiales relacionando los tres coeficientes termoeléctricos

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Sistemas avanzados de gestión térmica que controlan dinámicamente el flujo de calor en la electrónica de alta potencia
  • Materiales con coeficientes de Thomson diseñados para dispositivos termoeléctricos multietapa optimizados
  • Nuevos sensores capaces de medir gradientes térmicos y eléctricos simultáneamente
  • dispositivos de medición de temperatura con autocorrección que tienen en cuenta los cambios térmicos inducidos por la corriente
  • Materiales de aislamiento térmico dinámico cuyas propiedades cambian con la entrada eléctrica.
  • Software de modelado térmico preciso para diseñar sistemas de conversión de energía de próxima generación
  • Dispositivos termoeléctricos que aprovechan las dependencias de temperatura no lineales para mejorar la eficiencia.
  • dispositivos de conmutación de flujo de calor controlados por corriente eléctrica
  • diodos térmicos de estado sólido
  • criogénico cooling systems with enhanced efficiency
Relacionado con: efecto Thomson, Lord Kelvin, termoelectricidad, coeficiente Seebeck, gradiente de temperatura, calentamiento Joule, transporte de calor, relaciones de Kelvin, termodinámica relaciones, fenómenos de transporte.

Contexto histórico

Efecto Thomson

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1851
1852
1859
1860
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1851
1854
1859
1861

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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