
هنگام بررسی تاریخ کوتاه توسعه حوزه ترموالکتریک و بسیاری از شخصیتهای برجسته آن، یک شخصیت وجود دارد که به هیچ وجه نمیتواند نادیده گرفته شود – توماس جوهان زیبک. پس او در واقع چه کاری انجام داده است که ما در حوزه ترموالکتریک او را به خاطر داشته باشیم؟
توماس جوهان زیبک: منشأ و آموزش او
توماس جوهان زیبک (به آلمانی: Thomas Johann Seebeck، ۹ آوریل ۱۷۷۰ – ۱۰ دسامبر ۱۸۳۱) در سال ۱۷۷۰ در تالین (که در آن زمان بخشی از پروشیا شرقی بود، اکنون پایتخت استونی است) به دنیا آمد. پدر زیبک آلمانی با سنت سوئیسی بود، و شاید به همین دلیل، او را تشویق کرد تا در دانشگاههایی که خودش در آنها تحصیل کرده بود – دانشگاه برلین و دانشگاه گوتینگن – پزشکی را مطالعه کند. در سال ۱۸۰۲، زیبک مدرک پزشکی را دریافت کرد. اما چون حوزه تحقیقات او به فیزیک پزشکی تجربی میپرداخت و بیشتر عمرش را به آموزش و تحقیقات در حوزه فیزیک اختصاص داد، امروزه معمولاً او را یک فیزیکدان میشناسند.
آزمایش انقلابی زیبک (سال ۱۸۲۱)
در سال ۱۸۲۱، زیبک دو سیم فلزی مختلف را به هم متصل کرد و یک مدار الکتریکی بسته تشکیل داد. او انتهای دو سیم را به هم متصل하여 یک «محل تماس» (لنگر) ایجاد کرد و یک کشف شگفتانگیز انجام داد: اگر یکی از محلهای تماس را تا دمای بسیار بالایی گرم کرده و دیگری را در دمای پایین نگه داشت، یک میدان مغناطیسی در اطراف مدار ایجاد میشد. او به سختی میتوانست باور کند که اعمال گرما به یک محل تماس ساخته شده از دو فلز، جریان الکتریکی تولید میکند؛ در آن زمان، او تنها میتوانست کشف خود را با مفهوم «جریان ترمو مغناطیسی» یا «ظاهر ترمو مغناطیسی» توضیح دهد.
در دو سال بعد (۱۸۲۲–۱۸۲۳)، زیبک نتایج مشاهدات مداوم خود را به آکادمی علمی پروشیا گزارش داد و این کشف را به عنوان «آهنآمیزی فلز ناشی از تفاوت دما» توصیف کرد.
تفسیر اشتباه زیبک و اصلاح آن
اگرچه زیبک واقعاً اثر ترموالکتریک را کشف کرده بود، اما تفسیر او از این ظاهر اشتباه بود. او معتقد بود که دلیل ایجاد میدان مغناطیسی در اطراف سیمها «شیب دما» (تفاوت دما بین دو نقطه) است که فلز را در یک جهت خاص آهنآمیزی میکند، نه تشکیل جریان الکتریکی. در مقابل، آکادمی علمی استدلال میکرد که این ظاهر به این دلیل رخ میدهد که شیب دما جریان الکتریکی تولید میکند، که به نوبه خود میدان مغناطیسی در اطراف سیمها ایجاد میکند.
این تفسیر زیبک را عصبانی کرد. او خردهانگیز کرد که چشمان علمدانان توسط میراث هانس کریستیان اورستد (پیشگام الکترومغناطیسم) تیره شدهاند، поэтому آنها تنها میتوانند این ظاهر را با تئوری «میدان مغناطیسی توسط جریان الکتریکی تولید میشود» توضیح دهند و هیچ احتمال دیگری را در نظر نمیگیرند. اما زیبک خود نیز نمیتوانست یک حقیقت حیاتی را توضیح دهد: اگر مدار قطع شود، شیب دما هیچ میدان مغناطیسی در اطراف سیمها ایجاد نمیکند.
تا سال ۱۸۲۳ که فیزیکدان دانمارکی هانس کریستیان اورستد指出 کرد که این یک «ظاهر تبدیل ترموالکتریک» است، تفسیر اشتباه اصلاح شد. به این ترتیب، **اثر زیبک (Seebeck effect)** به طور رسمی تأیید شد. این اصلاح «اهمیت تأیید تعاونی در علم» را نشان میدهد – علم از بررسی و تأیید ایدههای متضاد پیش میرود.
نکات کلیدی تاریخ
سوال: اثر زیبک (Seebeck effect) چیست؟
پاسخ: اثر زیبک یک ظاهر است که زمانی رخ میدهد که دو هادی یا نیمههادی مختلف یک مدار بسته تشکیل دهند: اگر تفاوت دما بین دو محل تماس وجود داشته باشد، یک «نیروی الکتروموتور» (EMF، که در این زمینه «نیروی ترموالکتروموتور» نامیده میشود) در مدار تولید میشود، که به نوبه خود جریان الکتریکی تشکیل میدهد. جهت جریان به جهت شیب دما بستگی دارد؛ معمولاً، الکترونها در محل تماس گرم از سمت منفی به سمت مثبت حرکت میکنند.
سوال: صحنههای کاربردی اثر زیبک چیست؟
پاسخ: صحنههای کاربردی اثر زیبک شامل موارد زیر است: سیستمهای تولید برق برای تجهیزات حوزه فضایی، سیستمهای تولید برق برای شومیز، و سیستمهای تولید برق برای کوره، و غیره.