¿Conduce un metal el calor más rápidamente si se le aplica una corriente eléctrica? Por ejemplo, si se aplica una corriente de frecuencia similar a la de un altavoz (30 Hz, 50 Hz o 1 kHz), ¿se han realizado estudios al respecto para demostrarlo o refutarlo? O si el metal vibra, ¿transferirá mejor el calor si vibra físicamente? - Lo siguiente es que si el metal vibra a 50Hz y también tiene una corriente eléctrica que lo atraviesa en el mismo intervalo, ¿podría el metal transferir el calor más rápidamente en estas condiciones? ? ¿Se ha estudiado esto? ¿Se han hecho experimentos?
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user171547
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26
Dado que los portadores de carga en los (semi)conductores transportan energía, el flujo de calor en estos materiales depende de la densidad de corriente, es decir, de la velocidad de flujo de estos portadores. En concreto, el flujo de calor viene dado por $$ \vec q = -\kappa\vec\nabla T + \Pi \vec J $$ donde $T$ es la temperatura, $\vec J$ es la densidad de corriente, $\kappa$ es la conductividad térmica y $\Pi$ es el coeficiente Peltier. Cuando no hay flujo de corriente, el conocido primer término indica la velocidad a la que el calor fluye de una región caliente a otra fría. Además de este efecto, el segundo término indica que también hay un componente de flujo de calor proporcional a la densidad de corriente. Este término es a veces despreciable, pero no siempre.
Si tiene una barra metálica conectada entre dos depósitos de temperatura, uno más caliente ( $T_H$ ) que el otro ( $T_C$ ), con una corriente $I$ que fluye en la barra desde el depósito caliente al frío, la tasa de flujo de calor en la barra es de aproximadamente $$P = \frac{\kappa A}{L}(T_H-T_C) + \Pi I. $$
donde $A$ es el área de la sección transversal y $L$ es la longitud de la barra. Tenga en cuenta que esto requiere corriente continua de lo contrario, el segundo término será igual a cero. El coeficiente Peltier está relacionado con el Coeficiente Seebeck $S$ por $\Pi = TS$ . Evidentemente, la corriente también puede provocar calor generado en el bar, a través de Calentamiento por julios .
M. S. B.
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19509
No estoy seguro de si se han hecho experimentos sobre este tema. Pero mi hipótesis para esta pregunta es la siguiente:
- El campo eléctrico aplicado a través de los extremos de un conductor metálico hace que los electrones libres fluyan en dirección opuesta al campo. Aquí los iones metálicos no se mueven pero vibran un poco debido a la colisión de los electrones libres.
- Si calentamos un extremo de la varilla, entonces los átomos de metal vibran continuamente y hacen vibrar también a los átomos vecinos, haciendo que fluya a través de la varilla de metal.
Aquí, si aplicamos el campo eléctrico a través del conductor metálico, habrá un flujo de electrones libres. Pero esto no afectará a la transferencia de calor en la varilla, ya que la transferencia de calor se basa en la vibración de los iones metálicos.
Pero se aplica la inversa, una varilla metálica calentada tendrá más resistencia eléctrica al campo eléctrico aplicado. Porque si aumenta la temperatura de un conductor metálico, los iones del metal vibran con más vigor. Esto aumenta el número de colisiones entre los electrones libres y los iones.
