تھامسن اثر - ایک تھرمو الیکٹرک رجحان
جب براہ راست برقی کرنٹ کسی تار سے گزرتا ہے تو اس تار کو اس کے مطابق گرم کیا جاتا ہے۔ جول-لینز قانون کے ساتھ: کنڈکٹر کی جاری کردہ تھرمل پاور فی یونٹ والیوم موجودہ کثافت کی پیداوار اور کنڈکٹر میں کام کرنے والے برقی فیلڈ کی طاقت کے برابر ہے۔
اس کی وجہ یہ ہے کہ وہ جو بجلی کے میدان کے عمل کے تحت تار میں حرکت کرتے ہیں۔ مفت الیکٹرانکرنٹ بنتا ہے، راستے میں کرسٹل جالی کے نوڈس سے ٹکرا جاتا ہے اور اپنی حرکی توانائی کا کچھ حصہ ان میں منتقل کرتا ہے، نتیجتاً، کرسٹل جالی کے نوڈس زیادہ مضبوطی سے ہلنا شروع ہو جاتے ہیں، یعنی کنڈکٹر کا درجہ حرارت۔ اس کے حجم میں بڑھتا ہے۔
مزید برقی میدان کی طاقت ایک تار میں - کرسٹل جالی کے نوڈس سے ٹکرانے سے پہلے فری الیکٹران کی رفتار جتنی زیادہ ہوتی ہے، اتنا ہی زیادہ حرکیاتی توانائی ان کے پاس آزاد راستے پر حاصل کرنے کا وقت ہوتا ہے اور اتنی ہی رفتار وہ نوڈس میں منتقل ہوتی ہے۔ کرسٹل جالی اس وقت ان کے ساتھ تصادم کے راستے پر ہے۔یہ واضح ہے کہ برقی میدان جتنا زیادہ ہوگا، موصل میں آزاد الیکٹران تیز ہوں گے، موصل کے حجم میں اتنی ہی زیادہ حرارت خارج ہوگی۔
اب ہم تصور کریں کہ ایک طرف کی تار گرم ہے۔ یعنی ایک سرے کا درجہ حرارت دوسرے سرے سے زیادہ ہوتا ہے جبکہ دوسرے سرے کا تقریباً وہی درجہ حرارت ہوتا ہے جو ارد گرد کی ہوا کا ہوتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ موصل کے گرم حصے میں آزاد الیکٹران دوسرے حصے کی نسبت تھرمل حرکت کی رفتار زیادہ رکھتے ہیں۔
اگر آپ ابھی تار کو تنہا چھوڑ دیں گے تو یہ آہستہ آہستہ ٹھنڈا ہو جائے گا۔ کچھ حرارت براہ راست ارد گرد کی ہوا میں منتقل ہو جائے گی، کچھ حرارت تار کے کم گرم حصے میں، اور اس سے ارد گرد کی ہوا میں منتقل ہو جائے گی۔
اس صورت میں، تھرمل حرکت کی زیادہ شرح والے آزاد الیکٹران مومینٹم کو کنڈکٹر کے کم گرم حصے میں مفت الیکٹرانوں میں منتقل کریں گے جب تک کہ کنڈکٹر کے پورے حجم میں درجہ حرارت برابر نہ ہو جائے، یعنی جب تک تھرمل کی شرح نہ ہو جائے۔ کنڈکٹر کے پورے حجم میں مفت الیکٹران کی حرکت کو برابر کیا جاتا ہے۔
آئیے تجربے کو پیچیدہ بنائیں۔ ہم تار کو ایک ڈائریکٹ کرنٹ سورس سے جوڑتے ہیں، ایک شعلے کے ساتھ سائیڈ کو پہلے سے گرم کرتے ہیں جس سے ماخذ کا منفی ٹرمینل جڑ جائے گا۔ ماخذ کے ذریعہ تخلیق کردہ برقی میدان کے اثر و رسوخ کے تحت، تار میں موجود آزاد الیکٹران منفی ٹرمینل سے مثبت ٹرمینل کی طرف جانا شروع کر دیں گے۔
اس کے علاوہ، تار کو پہلے سے گرم کرنے سے پیدا ہونے والا درجہ حرارت کا فرق ان الیکٹرانوں کی مائنس سے پلس تک حرکت میں معاون ہوگا۔
ہم کہہ سکتے ہیں کہ منبع کا برقی میدان تار کے ساتھ حرارت پھیلانے میں مدد کرتا ہے، لیکن گرم سرے سے سرد سرے کی طرف جانے والے آزاد الیکٹران عموماً سست ہو جاتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ وہ اضافی حرارتی توانائی کو ارد گرد کے ایٹموں میں منتقل کرتے ہیں۔
یعنی، آزاد الیکٹرانوں کے ارد گرد موجود ایٹموں کی سمت میں، جول-لینز حرارت کے مقابلے میں اضافی حرارت جاری کی جاتی ہے۔
اب تار کے ایک سائیڈ کو شعلے سے دوبارہ گرم کریں، لیکن موجودہ سورس کو مثبت لیڈ کے ساتھ گرم سائیڈ سے جوڑیں۔ منفی ٹرمینل کی طرف، کنڈکٹر میں مفت الیکٹرانوں کی تھرمل حرکت کی رفتار کم ہوتی ہے، لیکن منبع کے برقی میدان کی کارروائی کے تحت وہ گرم سرے کی طرف دوڑتے ہیں۔
تار کو پہلے سے گرم کرنے سے آزاد الیکٹرانوں کی تھرمل حرکت ان الیکٹرانوں کی حرکت کو مائنس سے پلس تک پھیلاتی ہے۔ سرد سرے سے گرم سرے کی طرف منتقل ہونے والے آزاد الیکٹران عام طور پر گرم تار سے حرارت کی توانائی جذب کرکے تیز ہوتے ہیں، یعنی وہ آزاد الیکٹرانوں کے ارد گرد موجود ایٹموں کی حرارتی توانائی کو جذب کرتے ہیں۔
یہ اثر پایا گیا۔ 1856 میں برطانوی ماہر طبیعیات ولیم تھامسنجس نے یہ پایا یکساں طور پر غیر یکساں طور پر گرم براہ راست کرنٹ کنڈکٹر میں، جول-لینز کے قانون کے مطابق جاری ہونے والی حرارت کے علاوہ، کرنٹ کی سمت (تیسرے تھرمو الیکٹرک اثر) کے لحاظ سے، اضافی حرارت موصل کے حجم میں جاری یا جذب کی جائے گی۔ .
تھامسن حرارت کی مقدار کرنٹ کی شدت، کرنٹ کی مدت اور موصل میں درجہ حرارت کے فرق کے متناسب ہے۔t — تھامسن گتانک، جس کا اظہار وولٹ فی کیلون میں ہوتا ہے اور جس کا سائز ایک جیسا ہوتا ہے۔ تھرمو الیکٹرو موٹیو فورس.
دیگر تھرمو الیکٹرک اثرات: Seebeck اور Peltier اثر