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Effet Thomson

1851
  • William Thomson (Lord Kelvin)
Expérience de conducteur porteur de courant démontrant l'effet Thomson dans la thermoélectricité.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

L'effet Thomson décrit l'échauffement ou le refroidissement d'un conducteur de courant lorsqu'un gradient de température existe sur sa longueur. La chaleur est produite ou absorbée lorsque le courant traverse un matériau présentant un gradient de température. Le taux de production de chaleur par unité de longueur est donné par [latex]\frac{dQ}{dx} = -\mathcal{K} J \frac{dT}{dx}[/latex], où [latex]\mathcal{K}[/latex] est le coefficient de Thomson.

L'effet Thomson se produit parce que Seebeck Le coefficient Seebeck d'un matériau dépend généralement de la température. Lorsque des porteurs de charge se déplacent le long d'un conducteur d'une région chaude vers une région froide (ou inversement), leur énergie moyenne varie non seulement en raison de la température, mais aussi en raison de la variation du coefficient Seebeck. Cet effet devient manifeste lorsqu'un courant électrique (J) circule dans un conducteur présentant un gradient de température (dT/dx).

Si le courant circule dans le même sens que le flux de chaleur (du chaud vers le froid), de la chaleur peut être absorbée ou libérée selon le signe du coefficient de Thomson ([latex]mathcal{K}[/latex]) du matériau. Ce chauffage ou refroidissement est distinct et se superpose au chauffage Joule irréversible ([latex]I^2R[/latex]) qui se produit toujours. L'effet Thomson est crucial pour une description thermodynamique complète des phénomènes thermoélectriques et est lié aux effets Seebeck et Peltier effets via les relations de Kelvin, qui sont fondamentales dans ce domaine.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Physique de l'état solide

Taper

Effet physique

Perturbation

Incrémentale

Usage

Créneau/spécialité

Précurseurs

  • découverte de la effet seebeck (1821)
  • découverte de la effet peltier (1834)
  • Les travaux de Sadi Carnot sur la thermodynamique et les moteurs thermiques
  • Les travaux de James Prescott Joule sur l'effet thermique du courant électrique

Applications

  • fournit un cadre théorique complet pour la thermoélectricité
  • utilisé dans la modélisation précise des générateurs et refroidisseurs thermoélectriques
  • aide à caractériser les matériaux en reliant les trois coefficients thermoélectriques

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • systèmes avancés de gestion thermique qui contrôlent dynamiquement le flux de chaleur dans l'électronique haute puissance
  • matériaux avec coefficients de Thomson conçus pour des dispositifs thermoélectriques multi-étages optimisés
  • de nouveaux capteurs capables de mesurer simultanément les gradients thermiques et électriques
  • dispositifs de mesure de température autocorrecteurs qui tiennent compte des variations thermiques induites par le courant
  • matériaux d'isolation thermique dynamique dont les propriétés changent avec l'entrée électrique
  • logiciel de modélisation thermique précis pour la conception de systèmes de conversion d'énergie de nouvelle génération
  • dispositifs thermoélectriques qui exploitent les dépendances non linéaires de la température pour une efficacité améliorée
  • dispositifs de commutation à flux thermique contrôlés par courant électrique
  • diodes thermiques à semi-conducteurs
  • cryogénique cooling systems with enhanced efficiency
En lien avec : effet Thomson, Lord Kelvin, thermoélectricité, coefficient Seebeck, gradient de température, effet Joule, transport de chaleur, relations de Kelvin thermodynamique relations, phénomènes de transport.

Contexte historique

Effet Thomson

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1852
1859
1860
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1851
1854
1859
1861

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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