Трактат об электричестве и магнетизме

Отсюда вытекает, что когда два различных металла находятся в контакте, возникает, вообще говоря, электродвижущая сила, действующая от одного из них к другому так, что в результате потенциал одного из металлов превышает потенциал другого на определённую величину. В этом состоит Вольтова теория Контактного Электричества.

Если мы примем определённый металл, скажем медь, за стандарт и если потенциал железа, приведённого в контакт с медью, имеющей нулевой потенциал, равен 𝐼, а потенциал цинка, приведённого в контакт с медью, имеющей нулевой потенциал, равен 𝑍, то потенциал цинка в контакте с железом, находящимся под нулевым потенциалом, будет равен 𝑍-𝐼, если среда, окружающая металлы, остаётся той же самой.

Из этого результата, справедливого для любых трёх металлов, следует, что разность потенциалов любых двух металлов, находящихся в контакте при равной температуре, равна разности потенциалов тех же металлов, когда они порознь находятся в контакте с третьим металлом. Поэтому если образовать цепь из любого числа металлов, находящихся при одинаковой температуре, то сразу же после того, как потенциалы металлов примут должные значения, установится электрическое равновесие, и в цепи не будет тока.

247. Если, однако, цепь состоит из двух металлов и электролита, то, по теории Вольта, электролит стремится уравнять потенциалы металлов, с которыми находится в контакте. Поэтому электродвижущая сила при соединении двух металлов уже не уравновешивается, и существует постоянный ток. Энергия этого тока обеспечивается химическим действием, которое имеет место между электролитом и металлами.

248. Однако электрический ток может быть создан без химического воздействия, если мы можем каким-нибудь другим способом произвести выравнивание потенциалов двух металлов, находящихся в контакте. Так, например, в эксперименте сэра У. Томсона ¹ медная воронка находится в контакте с вертикальным цинковым цилиндром, и, когда медные опилки пропускаются через воронку, они отделяются друг от друга и от воронки вблизи от середины цинкового цилиндра, а затем падают в помещённый снизу изолированный приёмник. В результате приёмник оказывается заряженным отрицательно, и, по мере того как опилки продолжают сыпаться в приёмник, величина заряда всё возрастает. В то же время цинковый цилиндр с расположенной в нём медной воронкой приобретает всё более и более возрастающий положительный заряд.

¹North British Review, p. 353; Proc. Roy. Soc. June 20, 1864.

Если бы теперь цинковый цилиндр был соединён проволокой с приёмником, по проволоке пошёл бы положительный ток от цилиндра к приёмнику. Струя медных опилок, в которой все частицы заряжены по индукции отрицательно, образует отрицательный ток, текущий от воронки к приёмнику, или, другими словами, положительный ток, текущий от приёмника к воронке. Поэтому положительный ток проходит через воздух (носителями этого тока являются опилки) от цинка к меди, а через металлическое соединение - от меди к цинку точно так же, как в обычных вольтовых устройствах. Но в рассматриваемом случае сила, поддерживающая ток,- это не химическое действие, а тяготение, которое заставляет опилки падать, несмотря на электрическое притяжение между положительно заряженной воронкой и отрицательно заряженными опилками.

249. Замечательное подтверждение теории контактного электричества даёт открытие, сделанное Пельтье (Peltier). Он установил, что при прохождении электрического тока через соединение двух металлов это соединение нагревается, если ток течёт в одном направлении, и охлаждается, если ток течёт в другом направлении. Следует помнить, что прохождение тока через металл всегда сопровождается выделением тепла, поскольку ток испытывает сопротивление. Поэтому эффект охлаждения для проводника в целом должен быть всегда меньше, чем эффект нагревания. Поэтому следует различать образование тепла в каждом металле, вызванное обычным сопротивлением, и образование или поглощение тепла в месте соединения двух металлов. Первое из этих двух явлений мы назовём образованием тепла электрическим током из-за трения, и в этом случае, как мы видели, выделяемое тепло пропорционально квадрату силы тока и не зависит от направления тока. Второе явление мы можем назвать эффектом Пельтье, в этом случае тепло меняет свой знак с изменением направления тока.

Полное количество теплоты, выделяемое на некотором участке сложного проводника, составленного из двух металлов, может быть выражено соотношением

𝐻

=

𝑅

𝐽

𝐶²𝑡

-

𝚷𝐶𝑡

где 𝐻 - количество теплоты, 𝐽 - механический эквивалент единицы количества теплоты, 𝑅 - сопротивление проводника, 𝐶 - ток и 𝑡 - время. Коэффициент 𝚷 характеризует эффект Пельтье. Численное значение 𝚷 равно количеству тепла, поглощённого в месте соединения при прохождении единичного тока за единицу времени.