Nernst-Effekt
Der Nernst-Effekt bezeichnet zwei Effekte im Zusammenspiel zwischen elektrischer Spannung bzw. elektrischem Strom und Wärmestrom bzw. Temperaturdifferenz in einem äußeren Magnetfeld. Beide wurden nach Walther Nernst benannt, der sie teilweise in Zusammenarbeit mit Albert von Ettingshausen entdeckte. Wenn in internationaler wissenschaftlicher Literatur vom Nernst effect die Rede ist, ist damit immer der thermomagnetische (transversale) Nernst-Effekt gemeint.
Nernst-Effekt (thermomagnetisch)
Bei einem Wärmefluss im senkrecht dazu ausgerichteten Magnetfeld tritt in transversaler Richtung eine elektrische Spannung auf. Dies ist ein thermomagnetischer Effekt, den man Nernst-Effekt nennt. In neuerer Literatur wird er auch als erster Ettingshausen-Nernst-Effekt bezeichnet. Die Umkehrung dieses Effekts ist der Ettingshausen-Effekt.
Es gilt:
- ,
d.h. die Komponente des elektrischen Feldes in transversaler Richtung (y) ist proportional zum Temperaturgradienten in longitudinaler Richtung (x) und zur magnetischen Flussdichte senkrecht dazu (z). Dabei ist der Nernst-Koeffizient; alternativ wird er auch mit dem griechischen Buchstaben bezeichnet.
Vergleich mit dem Hall-Effekt
Der Nernst-Effekt ist das thermische Analogon zum Hall-Effekt. Beim
Hall-Effekt bewirkt eine von außen angelegte elektrische Spannung, dass ein
elektrischer Strom fließt. Die beweglichen Ladungsträger (i.A. Elektronen)
werden durch die Lorentzkraft
transversal (senkrecht zur Stromrichtung und senkrecht zum äußeren Magnetfeld)
abgelenkt, wodurch sich in dieser Richtung eine Spannung aufbaut.
Beim
Nernst-Effekt bewirkt die Temperaturdifferenz, dass die beweglichen
Ladungsträger vom wärmeren Ende zum kühleren Ende fließen. Auch hier bewirkt die
Lorentzkraft den Aufbau einer Spannung in transversaler Richtung. Das Vorzeichen
der Spannung ist dabei andersherum: Wenn das Magnetfeld von unten nach oben
verläuft und elektrischer Strom von links nach rechts fließt, entsteht durch den
Hall-Effekt ein negatives Potential vorne und ein positives hinten. Wenn bei
gleichem Magnetfeld ein Wärmestrom von links nach rechts fließt, entsteht durch
den Nernst-Effekt ein positives Potential vorne und ein negatives hinten. Der
Unterschied liegt daran, dass Elektronen konventionsgemäß negative Ladung
tragen, ihre Bewegungsrichtung daher dem elektrischer Strom entgegengesetzt ist.
Der Nernst-Effekt wurde 1886 entdeckt, sieben Jahre nach dem Hall-Effekt.
Spin-Nernst-Effekt
Ähnlich wie es zum Hall-Effekt mit dem Spin-Hall-Effekt ein quantenmechanisches Analogon gibt, wurde 2017 auch zum (thermomagnetischen) Nernst-Effekt ein Analogon nachgewiesen: der Spin-Nernst-Effekt. Auch hier ist die Ablenkung „andersherum“ als beim Spin-Hall-Effekt.
Nernst-Effekt (galvanomagnetisch)
Bei einem elektrischen Strom in einem senkrecht dazu ausgerichteten Magnetfeld tritt in transversaler Richtung eine Temperaturdifferenz auf. Dies ist ein galvanomagnetischer Effekt, der als Ettingshausen-Effekt bezeichnet wird. Zusätzlich tritt auch in longitudinaler Richtung eine Temperaturdifferenz auf. Dieses Phänomen wird ebenfalls als „Nernst-Effekt“ bezeichnet.
Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de Seite zurück© biancahoegel.de
Datum der letzten Änderung: Jena, den: 03.01. 2024