Имя Зеебека неразрывно связано с открытием термоэлектричества и термопары. Но как исследование Зеебека вписывается в общий фон современной научной работы, и как оно ведет к развитию современной термопары? В этой статье рассказывается о ранней истории термопары до того момента, когда она стала считаться точным и надежным средством измерения высоких температур.
На таком далеком расстоянии по времени от прошедших событий почти невозможно оценить волнение и энтузиазм, царившие в маленьком физическом мире около 1820 года. Пока Вольт не объявил об открытии электричества в 1800 году физики не имели возможности изучать эффекты постоянного тока.
Когда первая волна энтузиазма от открытия электричества угасала, Эрстед обнаружил, что электрический ток, протекающий по проводу, параллельному магнитной игле и близко к ней, обладает способностью отклонять иглу. Об этом открытии было объявлено в 1820 году, и оно сразу же вызвало новую волну интереса по всей Европе, на этот раз к механическим воздействиям тока.
Араго в том же году произвел первый электромагнит, в то время как Ампер, в течение недели после того, как услышал об эксперименте Эрстеда, показал, что один электрический ток оказывает магнитное влияние на другой. Не осталось никаких сомнений в том, что магнетизм - это, по сути, электрическое явление.
Среди небольшой группы физиков, которые действовали таким образом, был Томас Иоганн Зеебек. Он родился в Ревеле в Эстонии 9 апреля 1770 года в семье богатого купца. В 17 лет он покинул родной город и начал изучать медицину в Берлине. Однако сильная склонность к естественным наукам, а также финансовая независимость заставили его изменить свой план, и Зеебек начал карьеру частных исследований, сначала в Байройте, а затем в Йене. Здесь он работал над оптикой и природой цвета, но в 1810 году Зеебек уехал из Йены в Нюрнберг, и именно здесь Эрстед провел некоторое время в качестве гостя Зеебека. В 1818 году он принял должность в Берлинской академии наук и переехал в этот город.
Когда Зеебек узнал об открытии Эрстеда, он сразу же занялся изучением электромагнетизма. В декабре того же 1820 года он прочитал в Академии доклад о магнитном влиянии тока. Всего несколько месяцев спустя, в августе 1821 г., он объявил Академии его открытие, что два разных металла, образующих замкнутый круг, в отсутствие влаги, проявляют магнитные свойства, когда подвергаются разнице температур в точке контакта. Он экспериментировал с рядом комбинаций металлов (найдя комбинацию сурьмы и висмута наиболее эффективной) и выяснил эффекты как нагрева, так и охлаждения одного из переходов. Он установил, что отклонение магнитной стрелки возникает из-за разницы температур металлических переходов, что эффекты различны для разных металлов и тем больше, чем больше разница температур. В своих результатах он сообщил о движении стрелки в терминах отклонения в восточном или западном направлениях и описал это явление как «термомагнетизм», приняв в последующие годы возражения против выражения «термоэлектричество».
Второе по важности в то время после эксперимента Эрстеда открытие Зеебека также быстро распространилось среди европейских физиков, и его повторили во всех исследовательских центрах.
Первое зарегистрированное предложение использовать открытие Зеебека в качестве средства измерения высоких температур поступило от А. К. Беккереля в статье, прочитанной в Королевской академии наук в Париже 13 марта 1826 года. Его исследования включали наблюдения за отклонением стрелки, полученные с помощью ряда комбинаций металлических проводов при нагревании одного спая в спиртовой лампе, и он пришел к выводу, что для некоторых из этих комбинаций сила возникающего тока пропорциональна повышению температуры. Он решил, что наиболее подходящей комбинацией будет схема, состоящая из платиновых и палладиевых проводов.
Беккерель далее показал, что характеристики не зависят от диаметра проволоки, а также, что нечистая платиновая проволока вызовет ток, если соединить ее с чистой платиновой проволокой. Фактически он указал на необходимость очистки платины в азотной кислоте, чтобы избежать ложных эффектов из-за загрязнения.
В 1836 году профессор Клод Пулье из Парижа, также до Королевской академии наук, представил свой «магнитный пирометр» и подробно описал его конструкцию. Этот инструмент, почти невероятный по сегодняшним меркам, состоял из платиновой проволоки, впаянной в ствол пистолета, проволока проходила вверх по стволу, но не касалась боковых сторон за счет наполнения магнезией или асбестом. Затем данная часть орудия должна была быть введена в горячую зону.
В ходе своих долгих и классических исследований тепла Анри Реньо использовал пару железо-платина Пулье, но обнаружил такие отклонения, что решительно осудил саму идею термоэлектрического метода. Несчастный опыт Реньо был частично связан с его использованием железа как одного элемента, а также с его отказом от использования гальванометра с высоким сопротивлением. Позже, в 1862 году, Эдмон Беккерель занялся исследованием платино-палладиевой термопары своего отца и использовал ее в качестве промежуточного звена с воздушным термометром при определении точек плавления ряда веществ. В результате своих исследований ему удалось до некоторой степени восстановить репутацию термопары, и он вывел слишком сложное выражение для взаимосвязи между температурой и электродвижущей силой.
ЭДС - температурная зависимость
Авенариус также исследовал эту взаимосвязь, работая с довольно любопытными комбинациями стали и нейзильбера, меди и цинка. Он пришел к параболической формуле вида:
E=a+bt+ct²
но несколько лет спустя, очевидно, осознал свою ошибку и отказался от своих аргументов.
Тем временем профессор Питер Гатри Тэйт из Эдинбургского университета провел серию экспериментов в попытке построить «термоэлектрические диаграммы» и пришел к выводу, что электродвижущая сила в целом является параболической функцией абсолютной температуры. Он также сообщил, что очень небольшое количество примесей или даже постоянное напряжение способно значительно изменить линию металла на диаграмме.
Профессор Тейт использовал «платино-иридиевые сплавы, содержащие соответственно 5, 10 и 15 процентов последнего металла. Они были приготовлены для меня господами Джонсоном и Матти из чистых металлов». Это первая ссылка на использование иридий-платиновых сплавов в термопарах.
Отец современной термопары, Ле Шателье был первым, кто применил родий-платиновый сплав к платине и рекомендовал калибровку с точки зрения фиксированных точек плавления или кипения чистых веществ.
То же самое с 1885 годом и Генри Ле Шателье, имя которого, вместе с именем Зеебека, всегда будет ассоциироваться с термоэлектрическим датчиком и с использованием сплава родия с платиной. Ле Шателье родился в Париже в 1850 году и изучал химию у Сент-Клер Девиль, но в 1870 году был призван в армию и участвовал в осаде Парижа. Впоследствии он практиковался в качестве горного инженера, но в 1877 году поступил во Французскую горную школу, чтобы преподавать химию, и примерно девять лет спустя стал профессором промышленной химии. Много лет спустя Ле Шателье вспоминал истоки своей работы по термопарам в следующих словах:
Ле Шателье посвятил много времени и усилий разработке пирометра с термопарой и организовал производство этого прибора.
Свяжитесь с нами по телефону +7 495 145-24-23 для дальнейшего обсуждения или в качестве альтернативы нажмите кнопку ниже и заполните нашу контактную форму.
Возврат к списку
