Эффект Зеебека
Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта открыли, что при контакте разных металлов и водного раствора электролита возникают электрические заряды. Опираясь на это открытие, А. Вольта сконструировал химический источник тока. В своих исследованиях он пришел к выводу, что в замкнутой цепи, которая состоит только из соединенных между собой проводников из разных металлов, электрический ток возникнуть не может. Если взять железную проволоку и соединить ее концы с кусками медной проволоки, а концы медных проволок подключить к гальванометру, получится замкнутая электрическая цепь, в которой измерительный прибор не показывает наличия тока.
Однако в этой цепи нет тока только до тех пор, пока в местах соединения кусков проволоки из разных веществ одна и та же температура. Положение изменяется, если нагреть одно из мест соединения. В цепи возникнет электрический ток, направление которого зависит от того, температура какого из мест соединения выше. Электрический ток течет до тех пор, пока температуры мест соединения кусков проволоки разные. Эта разность не обязательно должна быть большой. Сила возникшего тока зависит, конечно, от сопротивления цепи, но в той же цепи ток будет больше при большей разности температур мест соединения. Причем практически не имеет значения температура тех частей цепи, которые находятся вне мест соединения кусков проволоки. В результате опытов выяснилось, что сила возникающего тока приблизительно пропорциональна разности температур мест соединения. Так как ток в цепи обусловлен разностью температур в разных точках цепи, это явление называется термоэлектричеством.
Явление термоэлектричества в 1821 году открыл немецкий физик Томас Иоганн Зеебек, родившийся в Таллинне в семье балтийских немцев. Его оборудование для опыта состояло из расположенных друг над другом металлических стержней, концы которых были соединены. Один стержень был из висмута, другой из меди. Между ними была помещена магнитная стрелка.
Томас Иоганн Зеебек
Томас Иоганн Зеебек – один из наиболее известных родившихся и выросших в Эстонии ученых, работавших в области техники. Зеебек учился в Таллиннской городской императорской гимназии, которая теперь называется гимназией Густава Адольфа. Свое образование он продолжил в Германии, где в 1802 году в Геттингенском университете ему была присвоена степень доктора медицинских наук. Однако в дальнейшем он стал работать в области физики. Его имя носит Институт электроники Таллиннского технического университета. В 2013 году в городке ТТУ известному ученому был поставлен памятник.
Когда Зеебек проводил этот опыт, гальванометр еще не был изобретен, и он руководствовался открытием Эрстеда (см. параграф Магнитное действие тока. Опыт Эрстеда). Помещенная между металлическими стержнями магнитная стрелка служила индикатором, который показывал наличие и направление тока в стержнях. При нагревании одного места соединения металлов в стержнях возникал ток, направленный в месте нагреваемого соединения от висмута к меди. Сам Зеебек назвал открытое им явление термомагнетизмом. Ханс Кристиан Эрстед, который менее чем за год до этого открыл магнитное действие тока, объяснял результаты опыта Зеебека, исходя из своего открытия, и предложил называть это явление термоэлектричеством. Позднее открытие Зеебека стали называть также эффектом Зеебека.
Два соединенных между собой куска проволоки из разных веществ, в которых при нагревании или охлаждении места соединения возникает термоэлектричество, называются термопарой. Термопары используются для измерения температуры, так как с их помощью можно относительно быстро и точно измерять температуру в интервале от –270 °С до +2500 °С. Несколько соединенных между собой термопар образуют термобатареи, которые в наше время используются в термоэлектрических генераторах, где внутренняя энергия источника тепла превращается в энергию электрического поля. Электричество, вырабатываемое термоэлектрогенераторами, используется для питания телеметрического и коммуникационного оборудования малой мощности, расположенного в необитаемых местах, для производства электроэнергии от отопительных установок и производства электричества на космических кораблях.
