Термоэлектрический эффект. История открытия

Об открытии немецкого физика Иоганна Зеебека, который, экспериментируя со сплавами, обнаружил термоэлектрический ток, заложив тем самым основы для работ в области термоэлектричества.

В 1821 году, 51 летний житель Берлина, уроженец Эстонского города Ревель, профессор Прусского королевского научного общества, физик Томас Иоганн Зеебек (1770 – 1831гг.) сообщил о своем уникальном, только что сделанном открытии. Об открытии термоэлектрического эффекта, который вначале ученый назвал «термомагнетизмом».

Исследуя возможность получения электричества с применением сплавов, вдохновленный недавними экспериментами датчанина Ханса Эрстеда с проводом с током и отклоняющейся вблизи него магнитной стрелкой, ученый решил использовать для эксперимента металлическую пластину из висмута, к которой сверху была припаяна выгнутая верх медная пластина (чтобы между пластинами было свободное пространство).

Полученная конструкция имела два спая, где висмут соединялся с медью, а медь, соответственно, соединялась с висмутом. Получился замкнутый проводящий контур. В пространство между пластинами получившегося контура ученый установил магнитную стрелку, которая могла свободно отклоняться.

Расположив конструкцию вдоль магнитного меридиана, Зеебек стал нагревать место спая меди и висмута над спиртовкой, при этом он заметил значительное отклонение магнитной стрелки от ее первоначального положения. 

Затем ученый стал охлаждать второй спай того же контура, вместо нагревания первого, и стрелка продолжала отклоняться в том же направлении, что и прежде, как было при нагревании первого спая.

Эффект дал ученому однозначное понимание, магнитные силы, возникающие в контуре вызываются именно теплотой, которая подводится к спаю или же отводится от него. 

Следует отметить, что в то время Зеебек уделял особое внимание еще и изучению земного природного магнетизма, потому и назвал вначале это явление «термомагнетизмом».

Ученый решил, что только что открытое явление наилучшим образом объясняет то, как возникает земной магнетизм: эти свойства земли он тут же отнес к действию разницы температур между ее экватором и полюсами на разных участках земной коры.

Отчет об этих исследованиях Зеебека был опубликован через четыре года в трудах Берлинской академии наук (еще в 1701 году Фридрих стал королём Пруссии, и академия была переименована в Прусское королевское научное общество, однако во множестве источников встречается прежнее ее название).

Впоследствии очевидным стало то, что разность температур вызывает электрический ток в контуре. Важным термоэлектрическим свойством материалов, составляющих экспериментальную цепь, является напряжение, появляющееся на концах разомкнутой цепи (когда один из спаев разомкнут).

В замкнутой цепи напряжение и ток зависят от удельного электрического сопротивления проводов. Напряжение в такой разомкнутой цепи называется термо-ЭДС или термоэлектрической электродвижущей силой, измерив которую у разных металлов, минералов, сплавов Зеебек заложил основу для дальнейших исследований в области термоэлектричества.

Зеебек сделал еще несколько открытий в оптике, в акустике, в химии и в учении о теплоте.

Наиболее часто в технике открытое Зеебеком термоэлектричество используется для изготовления термопар (термоэлектрических преобразователей). Это устройства, которые применяются для измерения температуры.

Необычный способ применения открытого Зеебеком явления - создание и использование термогенераторов электрической энергии.