Эффект Нернста

Под влиянием воздействия внешнего магнитного поля перпендикулярно направлению плотности тока и внешнего магнитного поля внутри проводника возникает напряженность электрического поля перпендикулярно плотности тока и напряженности внешнего магнитного поля. Вектор Умова-Пойнтинга для этого поля направлен противоположно распространению электромагнитного поля вдоль проводника и как бы сдерживает этот поток энергии. Вследствие этого на длине проводникa l происходит потеря энергии волны, распространяющейся вдоль проводника с током. Ослабление это растет по мере увеличения длины l. Такое ослабление энергии вдоль проводника с током при наложении внешнего магнитного поля приводит к тому, что внутренняя энергия проводника возрастает по мере удаления от начала проводника. Это приводит к возникновению градиента температуры вдоль направления плотности тока, т.е.

где N – коэффициент Нернста.

В каких условиях такое равенство реализуется, рассмотрим подробнее. В начале проводника нормальная составляющая электромагнитной волны равна Е´_n,1, а в конце проводника стала Е´_n,2 Разность переносимой энергии вдоль проводника составит:

а разность поглощенной энергии проводником будет:

где с – удельная теплоемкость и ρn – плотность вещества.

В соответствии с законом сохранения энергии имеем:

Поделим полученное равенство на ∆х. Тогда

Здесь – скорость распространения электромагнитной волны внутри исследуемого проводника, а с – скорость света в вакууме.

Компенсация полученного градиента температуры будет происходить вследствие наличия теплопроводности. Поэтому с учетом закона Фурье для теплопроводности получим:

Здесь поток тепловой энергии, а λ – коэффициент теплопроводности.

Из равенства (13.20) легко определить при каких значениях электрического тока возникают такие потоки тепловой энергии, когда градиент температуры вдоль оси Х- ов будет равен нулю. Тогда на основании (13.20) получаем:

Здесь

Произведем некоторые оценки по (13.21). При токе I = 1 А и размере медного проводника b · d · l = 3·10·10 мм имеем = 2,82∙10^-10 Вт/м². Поглощаемая

мощность равна 9,4∙10^-6 Вт, а сопротивление такого медного образца будет 9,4∙10^-6 Ом. В нормальных условиях сопротивление указанного размера медного проводника составляет 5,2∙10^-6 Ом. Соответствующие величины для алюминиевого проводника составляют: = 6,7∙10^-10 Вт/м², поглощаемая

мощность 2,24∙10^-6 Вт, а сопротивление – 2,24∙10^-6 Ом. Сопротивление алюминиевого проводника указанного размера равно 8,3∙10^-6 Ом. Полученные значения сопротивления медного и алюминиевого проводов разными способами хорошо коррелируют между собой по порядку величины. Эффективная магнитная индукция при токе в 1 А составляет 9,8∙10^-5 Т.

Налагаемые внешние магнитные поля обладают магнитной индукцией по величине значительно превосходящей магнитную индукцию, обусловленную прохождением электрического тока. Вследствие этого возрастает сопротивление проводника. Величина скорости теплового потока резко уменьшается, а градиент температуры вдоль оси Х -ов возрастает. В этом и заключается эффект Нернста.

Поиск по сайту: