Пробив във физиката: 174-годишната теория за ефекта на Томсън беше доказана в реален експеримент

Изследователи от Япония за първи път наблюдаваха напречния ефект на Томсън – термоелектрическо явление, което позволява да се контролира посоката на потоците на нагряване и охлаждане чрез промяна на посоката на магнитното поле.

Научното разбиране за взаимодействието между топлината и електричеството води началото си от 19-ти век. По онова време физиците само теоретично предполагат съществуването на напречен ефект на Томсън, който се отнася до посоката, в която протича електрическият ток и температурният градиент. Сега за първи път японски физици доказаха, че той наистина съществува.

Представете си устройство, което може активно да превключва между нагряване и охлаждане на определена област чрез промяна на магнитното поле, вместо да се налага да се отделят нагревателни и охлаждащи устройства или да се обръща посоката на тока, както е при охладителите на Пелтие. Това би могло да бъде революционно.

Всичко зависи от ъгъла

В изследване, публикувано в Nature Physics, екип от изследователи, ръководен от Ацуши Такахаги от Университета в Нагоя и Кен-ичи Учида от Университета в Токио съобщава за „наблюдение на напречния ефект на Томсън в полуметална сплав Bi₈₈Sb₁₂  с термоелектрическо изобразяване“.

„Нашите експерименти и анализи разкриват съществената разлика между конвенционалния и напречния ефект на Томсън.“

продължават авторите на изследването

Докато първият зависи единствено от температурната производна на коефициента на Зеебек, вторият зависи от температурната производна и величината на коефициента на Нернст. Наблюдението на напречния ефект на Томсън дава нова концепция за технологиите за активно управление на топлината. Физиците са имали проблеми с наблюдението на напречния ефект на Томсън, тъй като конкурентните топлинни ефекти на Пелтие и Етингсхаузен са се намесвали.

Промяна на материала

Изследователите обаче използват полуметален проводник от бисмут и антимон, което отчасти обяснява защо ефектът не е бил постигнат в миналото, според IFLScience. Те са го избрали заради силния му ефект на Нернст около стайна температура, както се казва във Phys.

Те наблюдават нагряването и охлаждането в лист Bi₈₈Sb₁₂  чрез прилагане на електрически ток и магнитно поле под перпендикулярни ъгли. Този материал бил подходящ за окончателното постигане на желаните ефекти. Тъй като токът тече надлъжно в материала, те приложили топлина към една страна, а не към краищата и насочили магнитното поле отгоре.

За да заобиколят проблема с изолирането на сигнала, японските изследователи са използвали инфрачервена камера, за да наблюдават топлинната реакция на образеца, когато са прилагали периодичния електрически ток.

Сега изследователите възнамеряват да продължат да откриват материалите, които са най-благоприятни за получаване на напречния ефект на Томсън, което ще бъде важен път за бъдещи изследвания.