Thomson-Effekt (Thermoelektrizität)

Thorne · Anmeldungsdatum: 25.07.2013 Beiträge: 5

Meine Frage:
Hallo liebe Physiker_innen,

ich versuche gerade den Thomson-Effekt zu verstehen.
<<Beschreibungen>> dazu gibt es im Netz und in Büchern wie Sand am Meer. Nur leider habe ich bisher keine wirkliche <<Erklärung>> gefunden.
Könnte mir vielleicht jemand von euch den Effekt "für Fußgänger" erklären?

Meine Ideen:
Ich kann mir recht gut vorstellen, dass ein elektronischer Stromfluss geeignet ist, die Wärmeleitung in Richtung des Stroms zu begünstigen. Das wäre ja eine einfache und irgendwie einleuchtende Erklärung für das Verhalten bei positivem Thomson-Koeffizienten. Da der Koeffizient ja aber auch negativ sein kann, muss dieser Ansatz falsch sein. Also warum wird Wärme produziert bzw. absorbiert?

Beste Grüße

Thorne

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

"Fließt durch einen Leiter ein elektrischer Strom, bewirkt ein weiterer thermoelektrischer Effekt, der
nach William Thomson (*26.6.1824 †17.12.1907) benannte und von ihm im Jahr 1854 entdeckte
Thomson-Effekt, die Erzeugung oder Absorption von Wärme an allen Stellen des Leiters, an denen
ein Temperaturgefälle herrscht (s. Abb.1d)."
s.1 von 15
http://www.uni-due.de/physik/ap/ANLEITUNGEN/C16_neu.pdf

Kurz und bündig
http://www.zeno.org/Meyers-1905/A/Thomson-Effekt

Thorne2 · Gast

Danke für die unglaublich schnelle Antwort, D2.
Leider liefern die Dokumente, auf die du verwiesen hast auch nur eine Beschreibung der Effekte und keine für mich verständliche Begründung.

Mein Leid beginnt gleich auf Seite 2 mit der Erklärung des Seebeck-Effekts: Da wird die entstehende Spannung auf den Abbau des Gradienten der kinetischen Energie der Elektronen zurückgeführt.
In meiner Logik hieße dies, dass das Potential an der heißeren Seite (mehr kinetische Energie) immer "negativer" sein müsste als an der kalten Seite (weniger kinetische Enrgie), die Polung also materialunabhängig immer gleich ist. Auf der nächsten Seite sind dann aber negative Thermokräfte in das Diagramm eingezeichnet, die diese Theorie wieder ad absurdum führen, weil die ja zu einer umgekehrten Polung führen würden.

Könntest du mir bitte sagen, wo da mein Denkfehler liegt?

Danke!

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

S.4/15
"Die Thermokraft eines Leiters ist unter anderem deshalb
eine theoretisch schwer zu bestimmende Größe; oft stimmt nicht einmal das experimentell bestimmte
Vorzeichen von S mit dem theoretisch berechneten überein.
2.2.1 Thermoelemente"
http://www.uni-due.de/physik/ap/ANLEITUNGEN/C16_neu.pdf

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3563

Hallo,

vielleicht hilft Dir ja der Artikel "Thermospannungen - viel genutzt und fast immer falsch erklärt" weiter:
http://phydid.physik.fu-berlin.de/index.php/phydid/article/view/28/28

Viele Grüße
Michael

Thorne · Anmeldungsdatum: 25.07.2013 Beiträge: 5

Hey!

Das Paper hat ja wirklich eine völlig andere Erklärung, als was man sonst so liest :-) Insgesamt scheint es aber schlüssig. Der Seebeck-Koeffizient wäre nach dieser Erklärung ja nur ein Maß dafür, wie die Thermodiffusion ausgeprägt ist und ist abhängig vom Ferminiveau und der Temperatur.
Nach Gleichung 9 des Dokuments würde sich doch ein linearer Zusammenhang Q(T) ergeben. Sehe ich also richtig, dass alle Abweichungen von diesem Verhalten mit den "strukturellen Defekten und Verunreinigungen" zu begründen sind?

Wenn ich das Erklärungsmodell auf Peltier-Elemente übertragen möchte, müsste ich doch auch ohne Kontaktspannungen auskommen, denn es gilt ja nach den Thomson-Relationen, dass der Peltier-Koeffizient das Produkt aus Seebeck-Koeefizient und Temperatur ist. Bekommt ihr ein schlüssiges Modell zu Stande? Ich komme nur soweit, dass aufgrund des Stromes ja ein Potentialgefälle

entlang der Leiter vorliegen muss. Zu Beginn des Vorgangs gilt ja aber

und

. Das heißt, dass sich die Formel des E-Feldes vereinfacht zu:

Somit weist das Potentialgefälle am Materialübergang einen Knick auf, weil sich der spezifische Widerstand ändert. Aber um eine lokale Temperaturänderung erklären zu können bräuchte man doch einen Sprung, oder?

Vielen Dank und beste Grüße!

P.S.: Die verwendeten Formelzeichen beziehen sich alle auf die Nomenklatur aus "THERMOSPANNUNGEN – VIEL GENUTZT UND FAST IMMER FALSCH ERKLÄRT!"