La absorción o emisión reversible de calor a lo largo de un conductor homogéneo que transporta corriente eléctrica en presencia de un gradiente de temperatura; se cuantifica mediante el coeficiente de Thomson y constituye un acoplamiento termoeléctrico de volumen distinto del calentamiento por Peltier en las uniones.

Principio

Cuando circula corriente por un conductor con gradiente de temperatura espacial, cada portador intercambia calor con la red en proporción al coeficiente de Thomson local y al gradiente de temperatura, generando calentamiento o enfriamiento distribuido proporcional a corriente y gradiente.

Demostración

Escenario ilustrativo: una barra metálica con un extremo a 100 °C y el otro a 20 °C soporta una corriente constante a lo largo de su longitud. Reconocimiento: la calorimetría local muestra absorción de calor donde el producto corriente·gradiente·coeficiente de Thomson es negativo y liberación donde es positivo. Acción: medir cambios térmicos locales y cambiar la dirección de la corriente. Consecuencia: el calentamiento/enfriamiento distribuido medido es el efecto Thomson y debe incluirse en análisis termoeléctricos de alta precisión.

Aplicación incorrecta

Confundir el calentamiento Thomson con el Peltier en contactos o tratar todas las variaciones térmicas bajo corriente como calentamiento Joule; a diferencia del Joule, el efecto Thomson es reversible con la dirección de la corriente y depende del gradiente térmico en vez de del cuadrado de la corriente.

Consecuencia

Afecta la exactitud del modelado de dispositivos termoeléctricos, la calibración de termopares y la gestión térmica distribuida en conductores con gradientes; ignorarlo puede inducir errores sistemáticos en la medida de temperatura y diseños térmicos subóptimos.

Inversión

Si no existe gradiente térmico o no hay corriente, el efecto Thomson es nulo. En escalas micro/nano donde domina el transporte no local o balístico, la descripción clásica por un coeficiente de Thomson puede requerir modelos microscópicos de transporte.

Límite

Dentro: conductores continuos con gradientes de temperatura estacionarios y corrientes macroscópicas donde el acoplamiento termoeléctrico volumétrico es significativo. Caso límite: películas finas o nanohilos donde efectos de tamaño, contribuciones de contacto y dinámicas fuera de equilibrio cuestionan la aplicabilidad del coeficiente macroscópico. Fuera: calentamiento Peltier localizado en uniones y calentamiento por Joule en conductores isotérmicos sin gradiente.

Tensión semántica

Thomson (calor reversible volumétrico por gradiente) ↔ Peltier (calor reversible localizado en uniones) — distinguir las contribuciones volumétricas y de unión es necesario para una contabilidad termoeléctrica correcta.

Síntesis

El Efecto Thomson es la contraparte volumétrica de los fenómenos termoeléctricos de unión: intercambio de calor reversible, dependiente del gradiente, distribuido a lo largo de un conductor con corriente y distinto del Peltier y del Joule.