基本介紹
- 中文名：溫差電勢
- 外文名：The potential temperature
詳細概述,湯姆孫效應,
詳細概述
單一導體兩端由於溫度不同而在其兩端產生的電勢為溫差電勢，又稱湯姆遜電勢。這是因為高溫端自由電子的動能大於低溫端自由電子的動能，高溫端自由電子擴散速率高於低溫端自由電子的擴散速率，從而在導體兩端形成電位差。
湯姆孫效應
從經典電子論來看，湯姆孫效應可這樣理解：金屬中的自由電子好象氣體一樣，當溫度不等均勻時會產生熱擴散。這種熱擴散作用，可等效地看成一種非靜電力，它在棒內形成一定的電動勢（稱為湯姆孫電動勢），外加電流通過金屬棒時，若其方向與非靜電力一致，這相當於電池放電，自由電子將不斷從外界吸熱，熱能轉化為電能。若電流方向與非靜電力相反，則相當於電池充電，電能轉化為熱能，向外釋放出來。
具有溫度梯度的金屬兩端沒有加上電源電壓——電壓分配電場的電性子密度梯度之前，導體內部的所有原子的核外電子都還是繞著其原子核高速地運動著，所有原子都還保持電中性，整個金屬導體也都保持著電中性。
儘管導體的金屬原子都保持電中性，但是，由於導體各處的溫度不同，原子核外電子的運動軌道半徑也不同，溫度高端，軌道半徑很大，電子運動於原子核陽性子密度梯度很小的空間，這些空間除了陽性子密度梯度很小之外，陽性子的密度也相當小，已經非常接近原子核外自由空間的自由陽性子的密度值，當電子在這樣的環境中運動時，由於電子的陰性子密度的疊加，使空間主要呈現的暗物質電性子便是陰性子了，而且溫度越高的地方，所呈現的陰性子密度將越大。
於是，在具有溫度梯度的本來電中性的整個導體內部，實質已存在了從高溫端指向低溫端的陰性子密度梯度。這個陰性子密度梯度對於金屬本身而言並不是真實的，所以，它不足於使金屬本身原子的核外電子擺脫原子核的束縛而形成自由電子並發生定向移動，但是，它卻足於使金屬體內部的電性子發生定向移動，陰性子將從金屬體高溫端向著低溫端擴散，陽性子也將從低溫端向著高溫端擴散。
溫度高低不同的金屬體兩端將出現不同的電性子的聚集，從而使兩端產生一定數值的電性子密度差即電勢差，這就是湯姆遜電動勢。
當同一根導體的兩端溫度不同時，在導體內部兩端的自由電子相互擴散的速率不同，高溫端的電子數跑到低溫端的電子數比低溫端跑到高溫端的電子數要多，結果使高溫端因失去電子而帶正電荷，低溫端因得到電子而帶負電荷，這樣在高、低溫端之間形成一個由高溫端指向低溫端的靜電場。該電場阻止電子從高溫端向低溫端擴散，最後達到動態平衡狀態，此時在導體上產生一個相應的電位差，稱該電位差為溫差電勢。此電勢只與導體性質和導體兩端的溫度有關，而與導體的長度、截面大小、沿導體長度上的溫度分布無關。
兩種不同的金屬接觸，如果兩個觸點間有一定溫度差時，則產生溫差電勢。
根據溫差電勢現象，選用溫差電勢大的金屬，可以組成熱電偶用來測量溫度和高頻電流。
此外，溫度升高，會使金屬電阻增大；合金元素和雜質也會使金屬電阻增大；機械加工也會使電阻增大；電流頻率升高，金屬產生趨膚效應，導體的交流電阻也增大。
