Ettingshausen-Effekt

Der Ettingshausen-Effekt, benannt nach Albert von Ettingshausen, beschreibt das Auftreten einer Temperaturdifferenz in einem stromdurchflossenen Leiter, der sich in einem stationären Magnetfeld befindet. Er gehört zu den galvanomagnetischen Effekten.

Wenn ein Strom I senkrecht zu einem Magnetfeld B fließt, tritt senkrecht zu ihnen eine Temperaturdifferenz ΔT auf.

Wenn in eine Richtung (y) ein Strom I_y mit der Stromdichte j_y fließt und senkrecht dazu (z) ein Magnetfeld der Flussdichte B_z einwirkt, entsteht senkrecht zu beiden ein Temperaturgradient

${\displaystyle {\frac {{\text{d}}T}{{\text{d}}x}}=P_{\mathrm {E} }\cdot j_{\mathrm {y} }\cdot B_{\mathrm {z} }}$.

P_E ist hierbei der Ettingshausen-Koeffizient, der die Einheit K·m/(A·T) = K·m³/J hat.[1][2] Mit dem Nernst-Koeffizienten N hängt er über die Bridgman-Relation

${\displaystyle P_{\mathrm {E} }=N\cdot T/\kappa }$

zusammen,[3] wobei T die Temperatur und κ die Wärmeleitfähigkeit ist.

Ursache des Effekts ist die Lorentzkraft, die die beweglichen Ladungsträger (Elektronen) vermehrt auf eine Seite des Leiters treibt (Hall-Effekt). Langsame Elektronen werden dabei stärker abgelenkt als schnelle. Da sie geringere Energie haben als schnelle, ist die Seite, zu der sie hingelenkt werden, kühler als die andere.[1] Der Effekt tritt vor allem bei Metallen wie Bismut auf, die schlechte Stromleiter (hohe Erwärmung) und schlechte Wärmeleiter (langsamer Ausgleich der Temperaturdifferenz) sind.

Der Ettingshausen-Effekt kann Messungen des Hall-Effekts verfälschen, weil durch die Temperaturdifferenz thermoelektrische Phänomene auftreten können. Da der Wärmetransport aber ein langsamer Prozess ist, kann man diese Fehlerquelle eliminieren, indem man den Hall-Effekt mit Wechselstrom misst.[3]

Die Umkehrung des Ettingshausen-Effekts ist der thermomagnetische Nernst-Effekt, der auch als erster Ettingshausen-Nernst-Effekt bezeichnet wird.