θερμοηλεκτρικό ζεύγος ή θερμοστοιχείο

Σύστημα δύο διαφορετικών μετάλλων που είναι συγκολλημένα μεταξύ τους έτσι ώστε να σχηματίζουν, κατά κάποιον τρόπο, ένα κύκλωμα (το κάθε άκρο του ενός αγωγού κολλάει με το αντίστοιχο άκρο του άλλου). Στα κοινά άκρα του συστήματος εμφανίζεται μία ηλεκτρική τάση (θερμοηλεκτρική τάση), όταν τα δύο αυτά σημεία βρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Η θερμοηλεκτρική τάση Ε_θ είναι ανάλογη, εντός ορισμένων ορίων, της διαφοράς θερμοκρασίας των δύο επαφών και εξαρτάται από τη χημική σύσταση των μετάλλων. Το πρώτο θ.ζ. το κατασκεύασε ο Ζέεμπεκ από ένα χάλκινο έλασμα διπλωμένο και συγκολλημένο στις άκρες τους με έναν κύλινδρο από βισμούθιο. Στον διάκενο χώρο του ζεύγους αυτού τοποθέτησε μία μαγνητική βελόνα εξαρτημένη από έναν άξονα. Όταν θερμαινόταν η μία από τις συγκολλήσεις και η άλλη παρέμενε στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, η βελόνα απέκλινε πιστοποιώντας έτσι τη ροή ενός συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος στα δύο μέταλλα. Όταν θερμαινόταν η άλλη συγκόλληση, το ρεύμα κυκλοφορούσε με αντίθετη διεύθυνση. Με το πείραμα αυτό πραγματοποιήθηκε η άμεση μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Η διαφορά δυναμικού που επιτυγχάνεται με αυτόν τον τρόπο είναι όμως τόσο χαμηλή, ώστε να αποκλειστεί κάθε δυνατότητα παραγωγής χρησιμοποιήσιμου ηλεκτρικού ρεύματος. Τα θ.ζ. έχουν, αντίθετα, μία σημαντική εφαρμογή σε μετρήσεις μεγάλης ακρίβειας θερμοκρασιών (θερμοηλεκτρικά θερμόμετρα) έως ένα εκατοστό του βαθμού, επειδή μεταξύ της διαφοράς των θερμοκρασιών των συγκολλήσεων και της θερμοηλεκτρικής τάσης υπάρχει η απλή σχέση που προηγουμένως αναφέραμε. Σχήμα πειραματικής διάταξης για την επίδειξη του φαινομένου Τόμσον (κατώτερο τμήμα του σχήματος) και διάγραμμα κατανομής των θερμοκρασιών σε απουσία ρεύματος (μαύρη καμπύλη) και κατά τη ροή του ρεύματος προς τη μία κατεύθυνση και προς την αντίθετη (γαλάζια και κόκκινη καμπύλη). Βαθμονόμηση ενός θερμοηλεκτρικού ζεύγους. Για την πραγματοποίηση αυτής της εργασίας βυθίζουμε τη μία συγκόλληση (A) του ζεύγους σε τηκόμενο πάγο και την άλλη σε ένα μέταλλο λιωμένο, του οποίου η θερμοκρασία τήξης είναι γνωστή. Κατ’ αυτό τον τρόπο σημειώνεται η απόκλιση της βελόνας του γαλβανόμετρου (G), η οποία αντιστοιχεί ακριβώς στη διαφορά των δύο θερμοκρασιών. Οι συνδέσεις L και L’ δεν παράγουν θερμοηλεκτρικές τάσεις, επειδή βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Αφού γίνει η βαθμονόμηση, η διάταξη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μετρήσεις θερμοκρασιών με ακρίβεια, αρκεί να διατηρείται η μία από τις συγκολλήσεις σε γνωστή θερμοκρασία και η άλλη σε επαφή με το σώμα του οποίου τη θερμοκρασία θέλουμε να προσδιορίσουμε. Το ρεύμα που παράγεται εξαιτίας του θερμοηλεκτρικού φαινόμενου και το οποίο πιστοποιείται από την απόκλιση του γαλβανόμετρου, είναι ανάλογο προς τη διαφορά των θερμοκρασιών των δύο συγκολλήσεων.