В начале двадцатых годов XIX века, немецкий ученый, уроженец г. Ревеля, Зеебек Томас Иоганн (Thomas Johann Seebeck; 1770-1831), обнаружил, что магнитная стрелка, помещённая вблизи замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных металлических материалов, спаи которых находились при разных температурах, поворачивалась так же, как в присутствии магнита. Угол поворота стрелки был пропорционален разности температур на спаях исследуемой цепи. Зеебек понял, что перепад температур на спаях вызывает электрический ток в цепи и именно он отклоняет магнитную стрелку.
Элемент цепи, состоящий из двух разнородных проводников, называется термоэлементом или термопарой. Важной характеристикой термоэлектрических свойств материалов, составляющих цепь, является напряжение на концах разомкнутой цепи. Это напряжение разомкнутой цепи, зависящее от температур спаев называется термоэлектрической электродвижущей силой. Сегодня, это явление известно как ЭФФЕКТ ЗЕЕБЕКА.
Эффект Зеебека в металлах имеет две составляющие – одна из них связана с диффузией электронов, а другая обусловлена их фононным увлечением. Диффузия электронов вызывается тем, что при нагревании металлического проводника, на нагреваемом конце оказывается много электронов с высокой кинетической энергией. Электроны с высокой энергией диффундируют в сторону холодного конца до тех пор, пока дальнейшей диффузии не воспрепятствует отталкивание со стороны избыточного отрицательного заряда накопившихся здесь электронов. Этим накоплением заряда и определяется компонента термо-ЭДС, связанная с диффузией электронов.
Компонента, связанная с фононным увлечением, возникает по той причине, что при нагревании одного конца проводника на этом конце повышается энергия тепловых колебаний атомов. Колебания распространяются в сторону более холодного конца, и в этом движении атомы, сталкиваясь с электронами, передают им часть своей повышенной энергии и увлекают их в направлении распространения фононов – колебаний кристаллической решетки. Соответствующим накоплением заряда определяется вторая компонента термо-ЭДС.
Эффект Зеебека довольно линейный, напряжение, создаваемое подогревом термопары прямо пропорционально температуре прогрева. Таким образом, эффект Зеебека предоставляет нам электрический метод измерения температуры. Чтобы повысить чувствительность измерительного преобразователя температуры, можно соединить несколько термопар последовательно в термобатарею. ЭДС батареи будет равна сумме термо-ЭДС отдельных термопар. Термобатарея, может быть использована и для других целей, кроме измерения температуры. Одной из таких целей является производство электроэнергии.
Зеебек заложил основы для дальнейших работ в области термоэлектричества, измерив термо-ЭДС широкого круга твёрдых и жидких металлов, сплавов, минералов и даже ряда веществ, ныне называемых полупроводниками.
Дополнительно: All About Circuits | Thermocouples; ИЗ ИСТОРИИ ТЕХНОЛОГИЙ И НЕ ТОЛЬКО | СДЕЛАНО В СССР | КЕРОСИНОВОЕ РАДИО