電流下の原子流束発散に着目したトムソン効果発生機構解明の新規アプローチ

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電子機器等,温度勾配下の部材に電流が流れるとき熱の発生または吸収が生じる現象は,熱電効果の一つであるトムソン効果として知られている。しかしその発生機構は未だ不明な状況にある。本研究は,電流下における金属原子流束の発散現象とトムソン効果との相関関係を詳細な実験に基づいて明らかにすることにより,トムソン効果発生機構の解明を目指すものである。本年度は以下の項目の研究を実施した。1.トムソン効果の詳細な現象掌握 トムソン効果の詳細な現象の掌握を目的として,これまでそのデータがほとんど公表されていないトムソン係数の実験計測を行った。ワイヤ状のアルミ試験片を用い,その長さ,直径,断熱条件を変化させることにより,材質の等しい2本のワイヤの各々に異なる密度の直流電流を通電した。このときワイヤ上5箇所の温度を熱電対により計測し,ワイヤ上の温度分布を得た。実測した温度分布を,ジュール発熱,トムソン効果,熱伝達を考慮した定常熱伝導方程式より得られる厳密解に最小二乗近似することにより,トムソン係数を算出した。上記の方法によるトムソン係数の算出結果において,従来電流密度に依存しないとされているトムソン係数に電流密度の依存性がみられた。一方,金属原子流束の発散は作用する電流密度に依存した現象である。したがって原子流束の発散がトムソン係数自身に影響したか,同係数の導出法に影響したか,あるいはその両者に影響したものと考えることができた。2.電流による原子流束発散理論に立脚した発/吸熱発生機構の理論構築 項目1の結果,温度分布として捉えたトムソン効果現象を基に算出したトムソン係数に電流密度の依存性がみられた。これにより,これまで温度のみの関数とされている同係数とその導出に原子流束の発散が関与する可能性を見出し,原子流束発散理論に立脚した発/吸熱発生機構の理論を構築するための基礎を築いた。