Seebecka
zjawisko (zjawisko termowoltaiczne) to jedno
ze zjawisk termoelektrycznych, polegające
na powstawaniu siły elektromotorycznej zwanej
też siłą termoelektryczną w obwodzie złożonym
z dwóch różnych materiałów, których styki
mają różne temperatury. Jest ono wynikiem
zależności kontaktowej różnicy potencjałów
między materiałami od temperatury. Napięcie
kontaktowe powstaje wskutek dyfuzji przez
powierzchnię kontaktu elektronów od jednego
materiału do drugiego. W efekcie przy powierzchni
styku w materiale posiadającym mniejszą
koncentrację elektronów powstaje ich nadmiar,
po przeciwnej stronie styku w drugim materiale
niedobór. Różnica jest tym większa, im wyższa
jest temperatura styku bo wtedy silniejsza
jest dyfuzja elektronów przez styk. Im większa
różnica temperatur styków, tym większa siła
termoelektryczna.
Zjawisko
to odkrył w 1821 T.J. Seebeck. Łącząc w
obwód zamknięty dwa przewodniki z różnych
materiałów i ogrzewając jedno ze spojeń,
Seebeck zauważył, że igła kompasu umieszczona
przy jednym z przewodników wychyla się w
taki sposób jak w doświadczeniu Oersteda.
Wyciągnął stąd wniosek, że wychylenie igły
jest wynikiem działania na nią pola magnetycznego,
które powstaje wskutek różnicy temperatur
spojeń, a więc że zaobserwowane zjawisko
jest zjawiskiem termomagnetycznym. Mimo
iż znakomita większość ówczesnych uczonych
była zdania, źe zjawisko Seebecka to zjawisko
termoelektryczne (tzn. różnica temperatur
spojeń powoduje przepływ prądu, który wytwarza
pole magnetyczne działające na igłę kompasu),
Seebeck nie dał się przekonać. Jego nieprzejednany
upór zniechęcił oponentów, choć gwoli prawdzie
miał tę dobrą stronę, że sam Seebeck, chcąc
przekonać przeciwników, zbadał zjawisko
przy użyciu zestawień par bardzo wielu materiałów,
znalazł nawet takie pary, które pozwalały
wykorzystać to zjawisko do wytwarzania energii
elektrycznej z dość znaczną jak na owe czasy
wydajnością (jak to później sprawdzono)
ok. 3 %.
Kto
wie, jaką karierę zrobiłyby wtedy przetworniki
termoelektryczne działające na zasadzie
zjawiska Seebecka, gdyby takim pomysłom
sam Seebeck nie przeciwstawiał się kategorycznie.
Po
raz pierwszy zjawisko wykorzystali L. Nobili
w 1830 do pomiaru natężenia promieniowania
cieplnego budując tzw. termostos (termobaterię),
czyli zestaw szeregowo połączonych pojedynczych
obwodów (nazwanych potem termoparami albo
termoelementami, albo wreszcie termoogniwami),
w taki sposób, że jedne styki tych obwodów
były wystawione na działanie promieniowania
(ich temperatura w związku z tym była wyższa),
drugie pozostawały w cieniu" (ich temperatura
była niższa). Współpracownik Nobilego, M.
Melloni, rozwinął technikę pomiaru różnicy
temperatur styków cieplejszego i chłodniejszego.
Pierwsze
prace doświadczalne nad wykorzystaniem zjawiska
Seebecka do wytwarzania energii elektrycznej
(kosztem energii cieplnej) podjął w 1885
J.W. Rayleigh. Były one potem kontynuowane
przez innych badaczy. Dopiero jednak w 1929
A.F. Joffe zwrócił uwagę, że zjawisko to
najsilniej występuje w półprzewodnikach,
w tych substancjach koncentracja nośników
prądu elektrycznego jest względnie znacznie
mniejsza niż w metalach, dlatego wskutek
dyfuzji nośników przez styk pojawia się
znacznie większe napięcie kontaktowe i tylko
zastosowanie tych materiałów może nadać
sens poszukiwaniom praktycznych generatorów
termoelektrycznych (termogeneratorów).
Pierwszy
taki generator został zbudowany w 1953 przez
pracowników Instytutu Półprzewodników AN
ZSRR w Leningradzie pod kierownictwem A.F.
Joffego. Stanowi on źródło zasilania lampowego
odbiornika radiowego (źródłem energii cieplnej
dla generatora była lampa naftowa),
Rozpowszechnienie
tranzystorów (urządzenia radiotechniczne
z tranzystorami zamiast lamp wymagają znacznie
mniejszych mocy zasilania niż analogiczne
urządzenia lampowe) zmniejszyło znacznie
zainteresowanie generatorami termoelektrycznymi.
Po raz drugi zwrócili na nie uwagę naukowcy
amerykańscy (Westinghouse Laboratory) kilka
lat później, poszukując źródeł zasilania
aparatury pokładowej sztucznych satelitów.
W
1959 zbudowali oni jądrowy generator termoelektryczny
systemu SNAP (System for Nuclear Auxiliary
Power jądrowy pomocniczy układ zasilania),
w którym energii cieplnej zasilającej termogenerator
dostarczał mały reaktor jądrowy albo odpowiednia
substancja promieniotwórcza. Termogeneratory
jądrowe były dla celów próbnych zainstalowane
w 1961 w amerykańskich sztucznych satelitach.
Próby wypadły wprawdzie pomyślnie, jednak
termogeneratory ustępowały znacznie od nich
mniejszym i bardziej wydajnym bateriom słonecznym.
Obecnie termogeneratory nie znajdują zastosowania
praktycznego, a zjawisko Seebecka wykorzystuje
się szeroko w technice pomiarowej (pomiary
temperatury i natężenie promieniowania).