Наследники лаборанта Синявина

Возникновение тока при нагревании спая двух разнородных металлов — термоэлектричество — было открыто в 1821 году немецким ученым Зеебеком. Об электричестве тогда знали очень мало. И сам Зеебек, видя, как отклоняется расположенная поблизости от термопары магнитная стрелка, считал, что теплота переходит не в электрическую энергию, а непосредственно в магнитную. Позднее французский ученый Пельтье доказал, что в термопаре возникает постоянный ток, магнитное поле которого и воздействует на магнитную стрелку.

Ахиллесова пята термоэлектрогенераторов — низкий коэффициент полезного действия. Поэтому интерес к ним ослабел, как только появились электродинамические генераторы гона. В них ток возникал при вращении системы проводников в магнитном поле, то есть использовалось явление электромагнитной индукции. Преимущества электродинамических генераторов видны из расчета, произведенного в 1922 году. Расчет показал, что выработка электричества при помощи газовых термоэлектрогенераторов в 37 раз дороже обычного способа его получения.

Несмотря на это, термоэлектричеством продолжали заниматься. Этого требовали новые отрасли науки и техники.

Если полистать журналы, вышедшие лет тридцать пять назад, то можно найти любопытные сообщения. Так, в 1928 году было помещено описание термоэлектрического генератора, который использовался как источник питания для радиоприемников в неэлектрифицированных местностях. В генераторе применялись железо-никелевые термопары, разогреваемые теплом керосиновой лампы. Позднее были созданы термоэлектрогенераторы, работающие на высококачественном бензине. Такие генераторы применялись во время второй мировой войны в качестве бесшумных и компактных источников питания переносной радиоаппаратуры, одновременно они использовались для приготовления пищи и обогревали помещения. Советские ученые под руководством академика А.Ф. Иоффе создали термогенераторы, которые принесли немалую пользу партизанам.

И это не единственное применение термоэлектричества в радиотехнике. Термопары давно уже используются для измерения высокочастотных токов. Термоамперметр, который служит для этой цели, очень прост. Измеряемый ток пропускается по короткому прямому проводнику. Проводник нагревается тем сильнее, чем больше величина тока. Рядом расположен спай термопары, который нагревается вместе с проводником. По величине тока в цепи термопары и судят о силе высокочастотного тока, проходящего по проводнику-подогревателю.

Замечательные свойства термоэлементов позволили приспособить их для измерения температур от самых низких до многих тысяч градусов. Для этого спай разнородных металлов помещают туда, где нужно измерить температуру, а к холодным концам термопары присоединяют измерительный прибор. Чем выше измеряемая температура, тем больший ток течет через прибор, шкала которого градуируется непосредственно в градусах.

Созданы термоэлектрические приборы, которые успешно измеряют температуру… звезд. Поймав этими приборами свет звезды, и измерив возникший в термопаре ток, ученые производят сложные математические вычисления и определяют температуру звезды. Впервые этим способом удалось измерить температуру шестнадцати звезд в 1922 году. По такому же принципу работают приборы для определения энергии солнечных лучей. Знать, какую энергию приносят солнечные лучи в той или иной местности в разные времена года, очень важно. Термоэлектрические приборы — актинометры — позволяют ученым определять лучистую энергию Солнца в любом месте земного шара.

Можно было бы продолжить рассказ о применениях термоэлектричества, но и сказанного достаточно, для того чтобы оценить его роль в современной науке и технике. Но пытливая мысль ученых не может стоять на месте, она неутомимо работает над совершенствованием созданного, над раскрытием еще не разгаданных тайн того или иного физического явления.

Новый этап в изучении и освоении термоэлектричества начался после того, как стали применять в качестве материала для термоэлементов полупроводники. На первый взгляд такой выбор может показаться странным. Ведь для возникновения термоэлектрического тока нужны свободные заряды, которых много в металлах. При нагревании спая двух разнородных металлов свободные электроны в нагретом конце проводника начинают двигаться интенсивнее, быстрее. Поэтому они часто попадают в менее нагретую часть проводника. Сталкиваясь со своими менее нагретыми собратьями, они отдают им часть своей энергии — значит, начинают двигаться более медленно. Уменьшение подвижности не дает возможности этим электронам вернуться обратно в нагретый конец проводника. «Застрявшие» в холодной части электроны создают в ней отрицательный заряд, ведь их там оказалось избыточное количество. Нагретая часть проводника, откуда ушли электроны, приобрела противоположный, то есть положительный заряд.