L'illustration montre les diagrammes schématiques des trois effets majeurs de notre domaine thermoélectrique : ce sont l'effet Seebeck, l'effet Peltier et l'effet Thomson. Cette fois, nous allons explorer William Thomson et sa grande découverte : l'effet Thomson.
William Thomson est né en Irlande en 1824. Son père, James, était professeur de mathématiques au Royal College de Belfast. Plus tard, alors qu'il enseignait à l'Université de Glasgow, sa famille a déménagé à Glasgow, en Écosse, lorsque William avait huit ans. Thomson est entré à l'Université de Glasgow à l'âge de dix ans (il ne faut pas être surpris qu'à cette époque, les universités irlandaises admettaient les élèves du primaire les plus talentueux) et a commencé à suivre des cours de niveau universitaire vers l'âge de 14 ans. À l'âge de 15 ans, il a remporté une médaille d'or universitaire pour un article intitulé « La forme de la Terre ». Thomson est ensuite allé étudier à l'Université de Cambridge et a obtenu son diplôme en tant que deuxième meilleur étudiant de sa classe. Après avoir obtenu son diplôme, il se rend à Paris et mène une année de recherche expérimentale sous la direction de René. En 1846, Thomson retourna à l'Université de Glasgow pour devenir professeur de philosophie naturelle (c'est-à-dire de physique) jusqu'à sa retraite en 1899.
Thomson a créé le premier laboratoire de physique moderne à l'Université de Glasgow. À l'âge de 24 ans, il publie une monographie sur la thermodynamique et établit « l'échelle de température thermodynamique absolue » pour la température. À l'âge de 27 ans, il publie le livre « Théorie de la thermodynamique », établissant la deuxième loi de la thermodynamique et en faisant une loi fondamentale de la physique. Découverte conjointe de l'effet Joule-Thomson lors de la diffusion gazeuse avec Joule ; Après neuf ans passés à construire un câble sous-marin atlantique permanent entre l'Europe et l'Amérique, il reçut le noble titre de « Lord Kelvin ».
Le champ de recherche de Thomson a été assez étendu tout au long de sa vie. Il a apporté d'importantes contributions à la physique mathématique, à la thermodynamique, à l'électromagnétisme, à la mécanique de l'élasticité, à la théorie de l'éther et aux sciences de la terre.
En 1856, Thomson a mené une analyse complète de l'effet Seebeck et de l'effet Peltier en appliquant les principes thermodynamiques qu'il avait établis et a établi un lien entre le coefficient Seebeck, initialement sans rapport, et le coefficient Peltier. Thomson pensait qu'au zéro absolu, il existe une simple relation multiple entre le coefficient de Peltier et le coefficient de Seebeck. Sur cette base, il a théoriquement prédit un nouvel effet thermoélectrique, c'est-à-dire que lorsque le courant traverse un conducteur avec une température inégale, en plus de générer une chaleur Joule irréversible, le conducteur absorbe ou libère également une certaine quantité de chaleur (appelée chaleur de Thomson). Ou inversement, lorsque les températures aux deux extrémités d’une tige métallique sont différentes, une différence de potentiel électrique se formera aux deux extrémités de la tige métallique. Ce phénomène fut plus tard appelé effet Thomson et devint le troisième effet thermoélectrique après l'effet Seebeck et l'effet Peltier.
L'histoire est terminée. Voici le point clé !
Q : Quels sont respectivement les trois principaux effets thermoélectriques ?
R : L'effet Seebeck, également connu sous le nom de premier effet thermoélectrique, fait référence au phénomène thermoélectrique provoqué par la différence de température entre deux conducteurs ou semi-conducteurs différents, entraînant une différence de tension entre deux substances.
L'effet Peltier, également connu sous le nom de deuxième effet thermoélectrique, fait référence au phénomène dans lequel, lorsque le courant traverse le point de contact formé par les conducteurs A et B, en plus de la chaleur Joule générée par le courant circulant dans le circuit, il y a également un effet endothermique ou exothermique au point de contact. C'est la réaction inverse de l'effet Seebeck. Puisque la chaleur Joule est indépendante de la direction du courant, la chaleur Peltier peut être mesurée en appliquant de l’électricité deux fois dans la direction opposée.
L'effet Thomson, également connu sous le nom de troisième effet thermoélectrique, a été proposé par Thomson pour avoir une simple relation multiple entre le coefficient Peltier et le coefficient Seebeck au zéro absolu. Sur cette base, il a théoriquement prédit un nouvel effet thermoélectrique, c'est-à-dire que lorsque le courant traverse un conducteur avec une température inégale, en plus de générer une chaleur Joule irréversible, le conducteur absorbe ou libère également une certaine quantité de chaleur (appelée chaleur de Thomson). Ou inversement, lorsque les températures aux deux extrémités d’une tige métallique sont différentes, une différence de potentiel électrique se formera aux deux extrémités de la tige métallique.
Q : Quelle est la relation entre ces trois effets thermoélectriques ?
R : Les trois effets thermoélectriques ont certains liens : L'effet Thomson est le phénomène par lequel un potentiel électrique est généré lorsqu'il y a une différence de température entre les deux extrémités d'un conducteur ; l'effet Pellier est le phénomène par lequel une différence de température se produit entre les deux extrémités d'un conducteur chargé (une extrémité génère de la chaleur et l'autre extrémité absorbe de la chaleur). La combinaison des deux constitue l’effet Seebeck.
En résumé, l’effet thermoélectrique fait référence au phénomène selon lequel lorsqu’il y a une différence de température au point de contact de deux matériaux, une différence de potentiel électrique et un courant se produisent. L'effet Seebeck convertit l'énergie thermique en énergie électrique, l'effet Peltier réalise la conversion mutuelle entre l'énergie électrique et thermique et l'effet Thomson décrit l'effet thermique lorsque le courant traverse un matériau.
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