As ilustrações mostram os diagramas de princípio dos três principais efeitos no campo termelétrico: o Efeito Seebeck, o Efeito Peltier e o Efeito Thomson. O que pretendemos explorar desta vez é William Thomson e sua grande descoberta — o Efeito Thomson.

William Thomson nasceu na Irlanda em 1824. Seu pai James era professor de matemática no Royal Belfast Academical Institution e, posteriormente, ao assumir um cargo na Universidade de Glasgow, a família mudou-se para Glasgow, na Escócia, quando William tinha 8 anos. Thomson ingressou na Universidade de Glasgow aos 10 anos — não se surpreenda, pois nas universidades irlandesas da época, alunos talentosos do ensino fundamental eram admitidos. Por volta dos 14 anos, ele começou a cursar matérias de nível universitário, e aos 15 ganhou uma medalha de ouro da universidade com o trabalho intitulado “A Forma da Terra”. Mais tarde, Thomson estudou na Universidade de Cambridge e se graduou em segundo lugar da turma. Após a graduação, foi para Paris, onde realizou um ano de pesquisa experimental sob a orientação de Henri Victor Regnault. Em 1846, Thomson voltou para a Universidade de Glasgow, atuando como professor de filosofia natural (ou seja, física) até se aposentar em 1899.

Thomson foi um dos fundadores do laboratório de física moderna da Universidade de Glasgow. aos 24 anos, publicou uma monografia sobre termodinâmica e estabeleceu a “Escala de Temperatura Kelvin”. aos 27 anos, lançou seu livro “Tratado de Termodinâmica” (Treatise on Thermodynamics), estabelecendo a Segunda Lei da Termodinâmica e consolidando-a como uma lei fundamental da física. Juntos com Joule, descobriu o Efeito Joule-Thomson na difusão gasosa. Após nove anos de esforço, supervisionou a conclusão do cabo submarino transatlântico entre a Europa e os Estados Unidos, que operou de forma estável por muito tempo – fato pelo qual recebeu o título nobiliário de “Lord Kelvin”.

A pesquisa de Thomson abrangeu uma ampla gama de áreas ao longo de sua vida. Ele contribuiu significativamente para a física matemática, termodinâmica, eletromagnetismo, teoria da elasticidade, teoria do éter e ciências da Terra.

Em 1856, usando os princípios termodinâmicos que desenvolveu, Thomson realizou uma análise abrangente do Efeito Seebeck e do Efeito Peltier, estabelecendo uma conexão entre o coeficiente de Seebeck e o coeficiente de Peltier, que antes eram independentes. Ele propôs que, na temperatura termodinâmica zero (0 K), existe uma relação proporcional simples entre o coeficiente de Peltier e o coeficiente de Seebeck. Com base nisso, previu teoricamente um novo efeito termoelétrico: quando uma corrente elétrica passa por um condutor com distribuição de temperatura desigual, o condutor não apenas gera calor Joule irreversível, mas também absorve ou libera uma quantidade determinada de calor (conhecido como calor Thomson). Inversamente, quando as duas extremidades de uma barra de metal estão em temperaturas diferentes, uma diferença de potencial é formada entre elas. Esse fenômeno foi posteriormente denominado Efeito Thomson, tornando-se o terceiro efeito termoelétrico após o Efeito Seebeck e o Efeito Peltier.

Essa é a história – vamos destacar os pontos-chave!

P: Quais são os três principais efeitos termoelétricos?R: O Efeito Seebeck, também conhecido como efeito termoelétrico inicial, refere-se ao fenômeno termoelétrico em que uma diferença de potencial é gerada entre dois condutores elétricos ou semicondutores diferentes devido a uma diferença de temperatura entre eles.

O Efeito Peltier, também conhecido como efeito termoelétrico secundário, ocorre quando uma corrente elétrica passa por uma junção formada por dois condutores A e B. Além do calor Joule gerado pelo fluxo de corrente no circuito, um efeito de absorção ou liberação de calor é produzido na junção. É a reação inversa do Efeito Seebeck. Como o calor Joule é independente da direção da corrente, o calor Peltier pode ser medido passando corrente duas vezes em direções opostas.

O Efeito Thomson, também conhecido como efeito termoelétrico terciário: Thomson propôs que, na temperatura termodinâmica zero (0 K), existe uma relação proporcional simples entre o coeficiente de Peltier e o coeficiente de Seebeck. Com base nisso, previu teoricamente um novo efeito termoelétrico: quando uma corrente elétrica passa por um condutor com distribuição de temperatura desigual, o condutor não apenas gera calor Joule irreversível, mas também absorve ou libera uma quantidade determinada de calor (conhecido como calor Thomson). Inversamente, quando as duas extremidades de uma barra de metal estão em temperaturas diferentes, uma diferença de potencial é formada entre elas.

P: Qual é a relação entre esses três efeitos termoelétricos?R: Os três efeitos termoelétricos estão interligados: O Efeito Thomson descreve o fenômeno de geração de potencial quando há uma diferença de temperatura entre as duas extremidades de um condutor. O Efeito Peltier refere-se ao fenômeno de formação de diferença de temperatura nas duas extremidades de um condutor carregado (uma extremidade gera calor e a outra absorve). Combinados, esses dois efeitos constituem o Efeito Seebeck.

Em resumo, o efeito termoelétrico refere-se ao fenômeno em que uma diferença de potencial e uma corrente elétrica ocorrem quando há uma diferença de temperatura na junção de dois materiais. O Efeito Seebeck converte energia térmica em energia elétrica, o Efeito Peltier possibilita a conversão mútua entre energia elétrica e térmica, enquanto o Efeito Thomson descreve o efeito térmico da passagem de corrente elétrica por um material.