Термоэлектричество

Термоэлектричество. Германский физик Зебек в 1821 г. открыл следующее явление. Если устроить замкнутую цепь из двух или нескольких металлов, спаянных друг с другом, и гальванометра, то пока вся цепь находится при одинаковой температуре, гальванометр не показывает тока. Но стоит нагреть какой-нибудь из спаев — и ток появится. Если, наоборот, охладить тот же спай, ток пойдет в противоположном направлении. У спая более нагретого поглощается тепловая энергия и превращается в электрическую. Получаемый ток называется термоэлектрическим, а дающая его комбинация двух металлов — термоэлементом. Металлы по их термоэлектрическим свойствам могут быть расположены в следующий термоэлектрический ряд: + сурьма, железо, цинк, серебро, золото, олово, свинец, ртуть, латунь, медь, платина, никель, висмут —. Если составить термоэлемент из любых двух металлов этого ряда, то при нагревании спая металл, стоящий раньше другого в ряде, будет электрически положителен, металл, стоящий дальше в ряде, — электрически отрицателен. Электродвижущая сила будет тем больше, чем дальше отстоят в ряде два взятые металла. Впрочем, порядок расположения металлов в ряде зависит не только от природы их, но также от способа их обработки, от наличия примесей и даже от температуры. При малых разностях температур спаев, электродвижущая сила термоэлемента (а равно и сила тока) пропорциональна разности температур. При разности температур спаев в 1°, электродвижущие силы различных термоэлементов выражаются следующими числами микровольт (т. е. миллионных долей вольта):

Сурьма-висмут 100

Железо-константан¹⁾  53

Железо-никель  52

Медь-никель  22

Железо-платина   19

¹⁾ См. сплавы, ХLI, ч. 4, 179.

Таким образом, если бы мы захотели с помощью последовательно соединенных термоэлементов из висмута и сурьмы получить электродвижущую силу в 1 вольт, то пришлось бы взять 100 элементов при разности температур спаев в 100°. Последовательное соединение термоэлементов в «термобатарею» делается по схеме рис. 1, где светлые полоски означают один металл, заштрихованные — другой. Если температура 1-го, 3-го, 5-го,... спаев будет выше, чем температура 2-го, 4-го,...., ток от всех элементов пойдет в одном направлении (М означает гальваноскоп). Термобатареи редко применяются в качестве источников тока, так как они действуют очень неэкономично; но маленькими батарейками подобного рода (под именем «термоэлектрических столбиков») пользуются как приборами, позволяющими измерять энергию потока лучей (например, различных лучей спектра). Если направить исследуемый поток лучей на ту сторону столбика, которая содержит, например, нечетные спаи, и соединить полюсы столбика с гальванометром, то последний указывает присутствие тока; по силе этого тока заключают о количестве энергии в исследуемом потоке.

Рис. 1.

Термоэлектричество применяется еще к устройству особых термометров, служащих для измерения высоких температур (до 1500°). Подобный термометр представляет длинную (в несколько дециметров) фарфоровую трубку А (рис. 2), внутри которой заключается термоэлемент из двух металлических проволок (например, одной платиновой, другой — из сплава платины с иридием); термоэлемент при помощи зажимов, укрепленных на деревянной головке О, соединяется с милливольтметром. По величине электродвижущей силы судят о температуре среды, в которую погружен конец прибора.

Рис. 2.

Явление, противоположное термоэлектричеству, было открыто французским физиком Пельтье в 1834 г. Оно состоит в том, что если, составив термоэлемент, например, из висмутового и сурьмяного стерженьков, послать в этот термоэлемент ток от постороннего источника, то место спая нагревается, если пущенный ток идет от сурьмы к висмуту; наоборот, спай охлаждается, если ток идет через него от висмута к сурьме. Изменение температуры всегда происходит так, что производимый им термоэлектрический ток противоположен, току, вызывающему явление Пельтье.

А. Б.