湯姆遜效應(yīng)發(fā)現(xiàn)者介紹

威廉·湯姆遜1824年生于愛爾蘭，父親詹姆士是貝爾法斯特皇家學院的數(shù)學教授，后因任教格拉斯哥大學，在威廉8歲那年全家遷往蘇格蘭的格拉斯哥。湯姆遜十歲便入讀格拉斯哥大學 (你不必驚訝，在那個時代，愛爾蘭的大學會取錄最有才華的小學生)，約在14歲開始學習大學程度的課程，15歲時憑一篇題為“地球形狀”的文章獲得大學的金獎?wù)?。湯姆遜后來到了劍橋大學學習，并以全年級第2名的成績畢業(yè)。他畢業(yè)后到了巴黎，在勒尼奧的指導下進行了一年實驗研究。1846年，湯姆遜再回到格拉斯哥大學擔任自然哲學 (即物理學) 教授，直到1899年退休為止。

湯姆遜在格拉斯哥大學創(chuàng)建了第一所現(xiàn)代物理實驗室；24歲時發(fā)表一部熱力學專著，建立溫度的“絕對熱力學溫標”；27歲時發(fā)表《熱力學理論》一書，建立熱力學第二定律，使其成為物理學基本定律；與焦耳共同發(fā)現(xiàn)氣體擴散時的焦耳－湯姆遜效應(yīng)；歷經(jīng)9年建立歐美之間永久大西洋海底電纜，由此獲得“開爾文勛爵”的貴族稱號。

湯姆遜一生研究范圍相當廣泛，他在數(shù)學物理、熱力學、電磁學、彈性力學、以太理論和地球科學等方面都有重大貢獻 。

1821年，德國物理學家塞貝克發(fā)現(xiàn)，在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當兩接觸處的溫度不同時，回路中會產(chǎn)生一個電勢，此所謂“塞貝克效應(yīng)”。1834年，法國實驗科學家帕爾帖發(fā)現(xiàn)了它的反效應(yīng)：兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路，當回路中存在直流電流時，兩個接頭之間將產(chǎn)生溫差，此所謂珀爾帖效應(yīng)。1837年，俄國物理學家愣次又發(fā)現(xiàn)，電流的方向決定了吸收還是產(chǎn)生熱量，發(fā)熱（制冷）量的多少與電流的大小成正比。

1856年，湯姆遜利用他所創(chuàng)立的熱力學原理對塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)進行了全面分析，并將本來互不相干的塞貝克系數(shù)和帕爾帖系數(shù)之間建立了聯(lián)系。湯姆遜認為，在絕對零度時，帕爾帖系數(shù)與塞貝克系數(shù)之間存在簡單的倍數(shù)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，他又從理論上預(yù)言了一種新的溫差電效應(yīng)，即當電流在溫度不均勻的導體中流過時，導體除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱之外，還要吸收或放出一定的熱量（稱為湯姆孫熱）?；蛘叻催^來，當一根金屬棒的兩端溫度不同時，金屬棒兩端會形成電勢差。這一現(xiàn)象后叫湯姆孫效應(yīng)（Thomson effect），成為繼塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)之后的第三個熱電效應(yīng)（thermoelectric effect） 。

如果兩種不同的導體連接成回路，且兩接頭的溫度T1和T2不同時，則回路中產(chǎn)生電動勢,會有電流出現(xiàn)。此現(xiàn)象是T.J.塞貝克在1821年發(fā)現(xiàn)的。溫差電動勢與兩接頭的溫度勢及兩種材料的性質(zhì)有關(guān)，可用溫差電動勢率S12，即單位溫差產(chǎn)生的電動勢來描述這一效應(yīng)。

珀耳帖效應(yīng)是指當有電流通過不同的導體組成的回路時，除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱外，在不同導體的接頭處隨著電流方向的不同會分別出現(xiàn)吸熱、放熱現(xiàn)象。這是J.C.A.珀耳帖在1834年發(fā)現(xiàn)的。如果電流通過導線由導體1流向?qū)w2，則在單位時間內(nèi)，導體1處單位面積吸收的熱量與通過導體1處的電流密度成正比 。

溫差電現(xiàn)象：在固態(tài)或液態(tài)導體中,利用三種相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象:塞貝克效應(yīng)、珀耳帖效應(yīng)和湯姆孫效應(yīng)（包括磁場對每個效應(yīng)的影響），把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)換成電能(或其逆過程)的現(xiàn)象。

這三種熱電現(xiàn)象都是可逆的。

在半導體中同樣存在著上述三種溫差電現(xiàn)象，而且效應(yīng)比金屬導體中顯著得多。如金屬中溫差電動勢率約為0～10微伏/攝氏度之間，在半導體中常為幾百微狀/攝氏度，甚至達到幾毫伏/攝氏度。因此金屬中的塞貝克效應(yīng)主要用于溫差電偶（用作溫度計）；而半導體可用于溫差發(fā)電。珀耳帖效應(yīng)可用于致冷。一級致冷，溫差可達50～60°C；二級致冷可達70～80°C；三級致冷可達90～100°C。由于低溫下材料的致冷性能變差，所以一般只作到三級左右 。2100433B

壁效應(yīng)是指各類化工設(shè)備器壁的影響。這種影響主要是指靠近器壁的空間結(jié)構(gòu)與其他部分有很大差別，器壁處的流動狀況、傳質(zhì)、傳熱狀況與主流體中也有很大差別。當采用實驗規(guī)模的小型設(shè)備研究傳質(zhì)、傳熱、反應(yīng)的規(guī)律時，器壁的影響遠比大型設(shè)備為大。

壁效應(yīng)可根據(jù)對象分為：岸壁效應(yīng)、斜壁效應(yīng)、端壁效應(yīng)、附壁效應(yīng)等，其中岸壁效應(yīng)最為常見。

磁效應(yīng)主要有磁－力效應(yīng)、磁聲效應(yīng)、磁光效應(yīng)、磁熱效應(yīng)和磁電效應(yīng)以及它們的逆效應(yīng)。

電流的磁效應(yīng)

1. 何謂電流的磁效應(yīng)？

a. 電流的磁效應(yīng)（動電會產(chǎn)生磁）：奧斯特發(fā)現(xiàn)：任何通有電流的導線，都可以在其周圍產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象，稱為電流的磁效應(yīng)。

b. 非磁性金屬通以電流，卻可產(chǎn)生磁場，其效果與磁鐵建立的磁場相同。

2. 通有電流的長直導線周圍產(chǎn)生的磁場。

a. 在通電流的長直導線周圍，會有磁場產(chǎn)生，其磁力線的形狀為以導線為圓心一封閉的同心圓，且磁場的方向與電流的方向互相垂直。

b.安培定律：通有電流的長直導線周圍所建立的磁場強弱，和導線上的電流大小成正比，和導線間的距離成反比。

c. 磁場（或磁力線）的方向：可由右手螺旋定則來決定。

2. 電流方向：右手握住導線，大拇指指向電流的方向。

3. 磁場（或磁力線）方向：四指所指的方向。

4. 載流螺線管產(chǎn)生的磁場

a. 螺線形線圈相當于數(shù)十個圓盤形薄磁鐵之N極與S極頭尾相連所形成的磁場，就好像一個長圓柱形磁鐵所造成的磁場。

b. 通有電流的螺線形線圈繞得愈緊密，也就是說單位長度內(nèi)的匝

數(shù)愈多，則軸心處的磁場愈強。

c. 螺線形線圈磁場方向的判定【右手螺旋定則變化】：以右手握住線圈，四指彎曲指向電流方向，大拇指所指的方向即為線圈N 極的一端，也就是線圈內(nèi)磁力線的方向。

d. 在線圈內(nèi)部，磁力線的方向是由S極指向N極，離開線圈後，磁力線的方向是由N極指向S極。

e. 圈內(nèi)磁場較圈外強。

5. 電磁鐵的原理

a. 將鐵釘（或軟鐵）插入一螺線形線圈內(nèi)部，則當線圈通有電流時，線圈內(nèi)部的磁場將使鐵釘磁化，具有磁性。

b. 鐵釘磁化後所生成的磁場，加上原有線圈內(nèi)的磁場，使得總磁場強度大為增強。

c. 當電流切斷時，線圈及鐵釘?shù)拇判噪S即消失，利用這種方式得到的磁鐵，稱為電磁鐵。

d. 增強螺線管線圈磁場方法【1】增加單位圈數(shù)【2】增強線圈電流【3】放入軟磁鐵

6. 電磁鐵的特性

a. 可藉增大電流及增加線圈數(shù)，使其磁力遠大于天然磁鐵。可以吊運巨大的鋼板或廢棄汽車。安培計、伏特計中也有電磁鐵。

b. 通電產(chǎn)生磁性，電流停止則磁性消失，可隨意改變大小和方向，用起來比永久磁鐵方便。

磁效應(yīng)構(gòu)造

1.線圈（電樞）和鐵芯：以細漆包線在鐵芯外部纏繞成線圈，以線圈連接轉(zhuǎn)軸可以自由轉(zhuǎn)動。此為電磁鐵。

2.場磁鐵：為永久磁鐵，置于線圈外圍。

3.集電環(huán)（半圓形金屬環(huán)）：漆包線兩端引線各連接在兩個緊貼轉(zhuǎn)軸的半圓形金屬環(huán)上。

4.電刷：與集電環(huán)微微接觸，電源提供的電流由電刷輸入或自線圈輸出。

磁效應(yīng)原理

1.直流電源流入電磁鐵的線圈中，電磁鐵產(chǎn)生磁場，并與場磁鐵的磁場產(chǎn)生排斥。

2.每轉(zhuǎn)180度，因半圓形金屬環(huán)跳至另一個電刷，電流方向改變，線圈極性隨之改變，使電磁鐵與外圍磁場始終保持，排斥狀態(tài)，才能讓線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動。 在磁場中受力作用轉(zhuǎn)動。

震磁效應(yīng)是由于某些物質(zhì)有壓磁效應(yīng)或磁致伸縮現(xiàn)象，從而，認為不僅大地震發(fā)生后會在局部地區(qū)出現(xiàn)地磁場的變化，而且在大地震發(fā)生前，由于物質(zhì)遭受不同的擠壓或不同的溫度影響，也會使物質(zhì)的磁性發(fā)生變化并反映為局部地磁場異常變化。

因此，利用這種變化有可能預(yù)測大地震。還有人認為地震的孕育、發(fā)生和發(fā)展與局部地磁場的變化是有聯(lián)系的，并將這種聯(lián)系統(tǒng)稱為震磁效應(yīng)。為了利用震磁效應(yīng)必須消除外空電流體系變化對地磁場的影響，大多利用兩個或兩個以上地磁臺（按不同的磁經(jīng)或磁緯選取）資料相減的辦法，來提取震磁效應(yīng)的“信息” ，進行分析預(yù)報地震。