Лекция на тему «Исследование и анализ современного состояния развития источников энергии на основе термоэлектричества»

К ним относят три эффекта – Зеебека, Пельтье и Томсона.

Эффект Зеебека, открытый в 1821 г., состоит в получении постоянного электрического тока в цепи, состоящей из двух разнородных проводников, при этом один из контактов нагревают, а другой поддерживают при постоянной температуре (рис. 1). Фактически в такой цепи мы получаем прямое преобразование тепловой энергии в электричество, т.е. имеем электрогенератор, или простейшую электростанцию без всяких движущихся частей.

Второй эффект, открытый Пельтье в 1834 г., состоит в охлаждении одного из контактов в подобной цепи и нагреве другого, если по цепи пропускают постоянный электрический ток (рис. 2).

Это фактически получение искусственного холода с использованием электрической энергии, т.е. работает холодильная машина опять же без всяких движущихся частей. То, что один контакт нагревался, не вызывало удивления у современников – к тому времени эффект Джоуля был хорошо известен, но охлаждение спая производило шокирующее впечатление. Удивительный опыт выполнил в 1838 г. в Санкт- Петербургском университете профессор Э.Х. Ленц: он впервые заморозил каплю воды на стыке двух металлов – висмута и сурьмы, пропуская через контакт ток в 100 А. Опыт казался чудом. Но и в более поздние времена охлаждение по методу Пельтье вызывало немалое удивление. Профессор Е.К.Иорданишвили, бывший аспирант академика А.Ф.Иоффе, рассказал, что как-то в конце 1970-х годов прошлого века тогдашний президент Академии наук СССР известный физик-ядерщик А.П.Александров с группой академиков посетил термоэлек трическую лабораторию в Ленинградском физико-техническом институте. Академик А.Ф.Иоффе продемонстрировал гостям эффект Пельтье. Он фактически показал гостям опыт Ленца, но заморозил не каплю, а целое ведро воды за несколько минут пропуская по цепи гигантский электрический ток. Удивлению А.П.Александрова и его свиты не было предела. Еще один термоэлектрический эффект открыл в 1856 г. всемирно известный британский ученый-физик профессор Уильям Томсон. Эффект заключается в том, что в объеме однородного, неравномерно нагретого проводника с постоянным током, кроме теплоты Джоуля-Ленца, выделяется или поглощается дополнительная теплота Томсона в зависимости от направления тока. Профессор Томсон (он же – лорд Кельвин) разработал термодинамическую теорию термоэлектричества и установил два закона (соотношения Томсона). Отметим, что в мае 2017 г. в г. Белфаст (Северная Ирландия) на родине Уильяма Томсона состоится XVII Международный форум по термоэлектричеству, посвященный памяти Томсона–Кельвина. В XIX и начале XX века термоэлектрические явления считались лишь интересными научными казусами. Эти открытия изучались в университетах в курсах физики с проведением эффектных демонстраций. Тем не менее все это оставалось достаточно экзотическим и не находило достойного применения.