Уже в 1831 г. при опытах по изучению электролиза в качестве источника тока была применена установка, в которой э. д. с. получалась за счет нагрева спаев термопар из платиновых и железных проводников. В течение второй половины прошлого века был сконструирован целый ряд термоэлектрических генераторов, основанных на том же явлении, но с использованием других материалов.

Термоэлектрические генераторы применялись в качестве источников питания при лабораторных исследованиях, однако делались попытки применять их также и для других целей. Так, например, в Почтово-Телеграфном Жзрнале за 1899 г. была помещена заметка, в которой говорилось об

Фиг. 1. Отклонение магнитной стрелки, расположенной вблизи от термопары, один из спаев которой нагрет.

использовании для питания двух маломощных 16-свечных электрических лампочек, термоэлектрического генератора, представлявшего собой печь с двойными стенками, в пространстве между которыми размещалось большое число термопар из никеля и сплава сурьмы с цинком. Наиболее известным термоэлектрическим генератором того периода является работавшая на газе батарея Гюльхера, выпускавшаяся промышленностью и использовавшаяся для зарядки аккумуляторов (см. фиг. 12 на стр. 37).

Вследствие очень низкого к. п. д. всех существовавших тогда конструкций термоэлектрических генераторов (десятые доли процента) интерес к ним ослабел, как только были изобретены имевшие значительно более высокий к. п. д. электродинамические генераторы, которые и используются с начала века до настоящего времени в установках для получения электрической энергии из тепловой. Коэффициент полезного действия современных крупных электростанций достигает 20-307о, а у самых неэффективных маломощных установок составляет примерно 5%. Насколько экономичнее такие установки термоэлектрических генераторов, видно из того, что по расчету, произведенному в 1922 г., стоимость электроэнергии в городах Европы была в 37 раз ниже стоимости количества газа, которое необходиь:о было сжечь для получения такого же количества электроэнергии при помощи термоэлектрического генератора, имевшего к. п. д. 0.5%.

Делались попытки применения термоэлектрических генераторов для использования бесполезно теряющегося тепла отходящих газов в различных промышленных установках, однако они не дали существенных результатов. Считалось, что термоэлектрические генераторы целесообразно применять лишь в качестве маломощных источников питания при некоторых лабораторных исследованиях. Особенно привлекала внимание идея использовать термопары для превращения энергии солнечных лучей в электрическую. В 1910 г. было даже организовано для этой цели акционерное обще-ство, но никаких технических данных о соответствующей установке опубликовано так и не было. Насколько мало-* эффективными оказывались тогда термоэлектрические генераторы, использовавшие солнечную энергию, видно из экспериментальных данных, опубликованныхв 1922 г.: генератор, составленный из 105 медно-константановых термопар, за счет поглощения солнечных лучей, падавших на площадь 105 см, давал в полдень солнечного дня не более 0,00061 ет, причем его к. п. д. составлял около 0,008%. По-

нятно, что практического значения такие генераторы иметь не могли.

С развитием радиотехники интерес к термоэлектрическим генераторам возрос. Их стремились использовать в качестве источников питания для радиоприемников в неэлектрифици-рованных местностях. В 1928 г. в статье, помещенной в газете Беднота , П. О. Чечик сообщал о работе собранного им термоэлектрического генератора на железо-никелиновых термопарах, источником тепла для которого служила керосиновая осветительная лампа. В 1937 г. А. Г. Ивахненко в статье, помещенной в журнале Радиофронт , № 13, рекомендовал сходного типа конструкцию в качестве радиолюбительского термоэлектрического генератора для питания це-ne/i накала радиоприемника.

Новые сплавы, разработанные в последующее время и оказавшиеся более удобными для использования в качестве материалов для термоэлектрических генераторов, позволили создать образцы генераторов, работавших на жидком топливе. Вес этих генераторов составлял около 1 кг на ватт полезной мощности при к. п. д. порядка десятых долей процента. Во время второй мировой войны такие термоэлектрические генераторы использовались в качестве переносного, бесшумного и надежного источника питания военных радиоустановок.

В литературе сообщалось также о создании генераторов, отдававших до 300 ет при напряжении 12 е и об установке, дававшей до 90 е, однако при к. п. д. порядка 0,2 7о.

В последнее время снова возник вопрос о возможности непосредственно преобразовывать тепловую энергию в электрическую в промышленных масштабах, так как успехи физики позволили перейти к теоретически обоснованной разработке новых, более эффективных материалов для термоэлектрических генераторов. Такими материалами являются некоторые сплавы и полупроводники, применение которых дало возможность получить опытные образцы термопар с к. п. д. до 5-7%. На основе применения таких новых термопар наша промышленность выпускает теперь термоэлектрические генераторы типа ТГК-3, предназначенные для питания ряда батарейных приемников за счет тепла, отдаваемого 20-линейной керосиновой осветительной лампой.

В связи с появлением новых высокоэффективных термопар снова возник интерес к возможности прямого превращения с их помощью солнечной энергии в электрическую. Экспериментальный генератор, созданный в последние го-

ды, давал за счет поглощения солнечных лучей, падавших на площадь 360 см?-, до 0,175 вт полезной мощности, причем его к. п. д. составлял 0,59%.

1. термоэлектрический эффект

Термоэлектрический эффект объясняется следующим образом: при нагревании одного конца стержня из металла или полупроводника, между его горячим и холодным концами возникает разность потенциалов, величина которой и знак могут быть различны. Очевидно, что, соединив два проводника, изготовленных из разных материалов, в замкнутую цепь й нагревая точку соединения проводников, образующих термопару (фиг. 2), получим в цепи э. д. с. (тер-мо-э. д. с), определяемую разностями потенциалов, возникающих в используемых проводниках при их неравномерном нагреве.

Если, как показано на фиг. 2, разность потенциалов между горячим и холодным концами проводника / i. со-Фиг. 2. Tepilonapa из тавляет 2 мв, а проводника Г2=-3 мв. двух проводников. то термо-э. д. с. в цепи термопары будет е=2-(-3) =5 мв. Ток, вызываемый ею, будет протекать в направлении, указанном стрелкой. В случае же, если разность потенциалов для проводника Г\ составляет 1 мв, а для проводника Гг 4 мв, термо-э. д. с. будет е= 1 - 4 = -3 мв и ток, вызванный ею, будет протекать в обратном направлении.

Включение в цепь термопары каких-либо проводников, например проводов, которыми присоединен гальванометр, не будет оказывать влияния на термо-э. д. с, если точки их присоединения имеют одинаковую температуру; предполагается, что оба соединительных провода сделаны из одного и того же материала.

Термо-э. д. с, возникающая в термопаре, зависит не только от разности температур горячего и холодного спаев термопары, но обычно и от абсолютного значения этих температур. Данные, полученные на основании многочисленных измерений термо-э. д. с, различных термопар, удобно представить в виде таблицы, в которой приводятся значения термо-э. д. с, развиваемой различными материалами в комбинации с каким-нибудь одним и тем же материалом (табл. 1),

Таблица I

Термо-э. д. с. различных термопар

О 100 200 300 400 БОО 6С0 700 800 900 I ООО

Термо-э. д. с. при - О С, мв

Платина-хромель

Платина-алюмель

Пла тииа-ыедь

Платина-железо

--2.8I --5,96 --9,32 12,75 16,21 19.62 22,96 26.23 29,41 32,52

- 1,29 -2,17 -2,89 -3,64 -4,43 -5,28 -6,18 -7,08 -7,95 -8,79

+0,76

--1,83

--3,15

-h4,68

-i-6,41

-f8,34

-1-10,49

+ 12,84

-1-15,41

-fl8,20

4-1,89 3,54 4,85

45,; -1-6,79 -t7,80 -f9,12 -f 10,86 -1-12,84 -i-14,30

Платииа-константан

-3.51

-7,45

- 11.71

-16,19

-20,79

-25.47

-30,18

-34,86

-39,45

-43,92

Платина-манганин

-f0,61

-+1.55 -f2.77 -1-4,25 -1-5,95 +7.84

I II..

В качестве такого общего для всех термопар данной таблицы материала, называемого нормальным электродом, принято брать химически чистую платину. В табл. 1, составленной именно таким образом, приведены значения термо-э. д. с. некоторых металлов и сплавов, применяемых в электротехнике, в комбинации с чистой платиной при температуре холодного спая /г, равной нулю, и различных температурах горячего спая t.

Чтобы определить термо-э. д. с. термопары, составленной из каких-нибудь двух приведенных в табл. 1 материалов, при некоторой заданной температуре их горячего спая и температуре холодного спая, равной нулю, следует взять разность термо- э. д. с, указанных в таблице для этих материалов, развиваемых ими при заданной температуре горячего спая в комбинации с нормальным электродом.

Так, например, можно найти, что при температуре горячего спая /г=300°С и холодного = 0С термопара медь - манганин даст 3,15-2,77 = 0,38 мв, а термопара манганин - константан при тех же температурах даст 2,77-(-11,71)= 14,48 мв.

Если требуется определить, какую термо-э. д. с. даст термопара, холодный конец которой имеет температуру, отличную от нуля, то следует найти, какие термо-э. д. с. она даст при температуре холодного спая, равной нулю, и температурах горячего спая, равных действительным температурам ее горячего и холодного спаев, и взять разность меж-