الرسوم البيانية تُظهر مخططات المبادئ لأكثر ثلاثة تأثيرات أهمية في مجال الحرارية الكهربائية: تأثير سيبك، تأثير بلتييه، وتأثير طومسون. ما نهدف إلى استكشافه هذه المرة هو ويليام طومسون ومكتشفته العظيمة — تأثير طومسون.

ويليم ثامسون وُلد في إيرلندا عام 1824. كان والده جيمس أستاذًا في الرياضيات بمعهد بلفاست الملكي، ثم انتقلت العائلة إلى غلاسكو في اسكتلندا عندما كان ويليم يبلغ 8 سنوات، بسبب تولي والده منصب تدريسي في جامعة غلاسكو. دخل ثامسون جامعة غلاسكو في عمر 10 سنوات – لا تنزعج، ففي تلك الفترة، كانت جامعات إيرلندا تقبل الطلاب الصغار المتميزين بالكماليات. بدأ في دراسة مساقات المستوى الجامعي عند возраст 14 عامًا تقريبًا، وقد حصل على ميدالية ذهبية من الجامعة في عمر 15 عامًا بفلسفة بعنوان "شكل الأرض". لاحقًا، درس ثامسون في جامعة كامبريدج وتخرج بالمرتبة الثانية في فصله. بعد التخرج، ذهب إلى باريس وأجرى بحثًا تجريبيًّا لمدة عامٍ под إشراف ريجنوال. عام 1846، عاد ثامسون إلى جامعة غلاسكو ليصبح أستاذًا في الفلسفة الطبيعية (أي الفيزياء) حتى تقاعسו عام 1899.

ثامسون هو المؤسس الأول لمختبر الفيزياء الحديثة في جامعة غلاسكو. في عمر الـ24 عامًا، نشر كتابًا متخصصًا في الحرارية وإنشاء "مقياس كلفن" للدرجات الحرارية. في عمر الـ27 عامًا، نشر كتابًا بعنوان "نظرية الحرارية" وإنشاء القاعدة الثانية للحرارية، جعلها قاعدة أساسية في الفيزياء. اكتشف مع جول hiệu ứng جول-ثامسون أثناء انتشار الغازات. بعد 9 سنوات من الجهد، أنشأ كابلًا بحريًا معتدلًا بين أوروبا وأمريكا يعمل بثبات طويل الأجل، وهكذا حصل على لقب النبلاء "لورد كلفن".

شملت دراسات ثامسون طوال حياته نطاقًا واسعًا، حيث قدم مساهمات كبيرة في مجالات الفيزياء الرياضية، والحرارية، والمغناطيسية الكهربائية، والميكانيكا المرنة، ونظرية الأيثر، وعلوم الأرض وما إلى ذلك.

في عام 1856، قام ثامسون بتحليل شامل لهواء سيبك وهواء بلتييه باستخدام مبادئ الحرارية التي أسسها، وفرق بين معامل سيبك ومعامل بلتييه التي كانت غير مرتبطة بالبعض الأخرى سابقاً. اعتقد ثامسون أنه عند درجة الحرارة الم абсолютة (0 كلفن)، يوجد علاقة مضاعفة بسيطة بين معامل بلتييه ومعامل سيبك. على هذا الأساس، تنبأ نظريًا بظاهرة حرارية كهربائية جديدة، أي عندما يمر تيار كهربائي في موصل غير متساوٍ درجاته الحرارية، يمتص الموصل أو يطلق كمية معينة من الحرارة (مسمى حرارة ثامسون) بالإضافة إلى حرارة جول غير قابلة للعكس. أو على العكس، عندما تكون درجات حرارة طرفي قضيب معدني مختلفة، ينتج فرق جهد بين طرفي القضيب. أطلق على هذه الظاهرة لاحقًا اسم حيازة ثامسون (اثر ثامسون)، وأصبحت الثالثة من ظواهر الحرارية الكهربائية (الحرارية الكهربائية) بعد حيازة سيبك وحيازة بلتييه.

انتهت القصة، لنتناول النقاط الرئيسية!

س: ما هي الثلاثة ظواهر الحرارية الكهربائية الرئيسية؟

ج: حيازة سيبك (اثر سيبك) – تُعرف أيضًا باسم الظاهرة الحرارية الكهربائية الأولية – هي ظاهرة حرارية كهربائية تسبب فرق جهد بين نوعين من المواد نتيجة لفارق درجات الحرارة بين موصلين كهربائيين مختلفين أو شبه موصلين.

حيازة بلتييه (اثر بلتييه) – تُعرف أيضًا باسم الظاهرة الحرارية الكهربائية الثانية – هي ظاهرة تحدث عند مرور تيار كهربائي من نقطة اتصال مكونة من موصلين A و B، حيث ينتج في نقطة الاتصال تأثير امتصاص أو انطلاق حرارة بالإضافة إلى حرارة جول الناتجة عن تدفق التيار في الدائرة. هذه الظاهرة هي رد فعل عكسي لحيازة سيبك. نظرًا لأن حرارة جول لا تُرتبط بإتجاه التيار، يمكن قياس حرارة بلتييه عن طريق توجيه التيار مرتين في الاتجاه المعاكس.

حيازة ثامسون (اثر ثامسون) – تُعرف أيضًا باسم الظاهرة الحرارية الكهربائية الثالثة. اعتقد ثامسون أنه عند درجة الحرارة الم абсолютة (0 كلفن)، يوجد علاقة مضاعفة بسيطة بين معامل بلتييه ومعامل سيبك. على هذا الأساس، تنبأ نظريًا بظاهرة حرارية كهربائية جديدة: عندما يمر تيار كهربائي في موصل غير متساوٍ درجاته الحرارية، يمتص الموصل أو يطلق كمية معينة من الحرارة (مسمى حرارة ثامسون) بالإضافة إلى حرارة جول غير قابلة للعكس. أو على العكس، عندما تكون درجات حرارة طرفي قضيب معدني مختلفة، ينتج فرق جهد بين طرفي القضيب.

س: ما العلاقة بين هذه الثلاثة ظواهر الحرارية الكهربائية؟

ج: تُوجد علاقة معينة بين هذه الظواهر الثلاثة: حيازة ثامسون هي ظاهرة تنتج فرق جهد عند وجود فارق درجات حرارة بين طرفي الموصل. حيازة بلتييه هي ظاهرة تنتج فارق درجات حرارة بين طرفي الموصل المشحون (يُنتج أحد الطرفين الحرارة ويمتص الآخرها). يُشكل الجمع بين هاتين الظهرتين حيازة سيبك.

باختصار، الظاهرة الحرارية الكهربائية هي ظاهرة تحدث فيها فرق جهد وتيار كهربائي عند وجود فارق درجات الحرارة في نقطة اتصال بين نوعين من المواد. تحول حيازة سيبك الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية، وتُستطيع حيازة بلتييه تحقيق تحويل متبادل بين الطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية، بينما تصف حيازة ثامسون التأثير الحراري لمرور التيار الكهربائي من المادة.