
熱電分野の発展史を振り返ると、多くの著名な人物が登場しますが、どうしても避けて通れない人物が一人います。それはトーマス・ヨハン・ゼーベックです。では、彼は究竟どのようなことをしたので、熱電関係者の私たちに記憶され続けているのでしょうか?
トーマス・ヨハン・ゼーベックの人物像
トーマス・ヨハン・ゼーベック(ドイツ語:Thomas Johann Seebeck、1770年4月9日~1831年12月10日)は、1770年にタリン(当時は東プロイセンに属し、現在はエストニアの首都)で生まれました。ゼーベックの父親はスウェーデン系のドイツ人で、おそらくその縁故から、父親は自身がかつて学んだベルリン大学とゲッティンゲン大学で医学を学ぶよう息子を励ましました。1802年、ゼーベックは医学学位を取得しました。しかし、彼が選択した研究分野は実験医学における物理学であり、生涯の大半を物理学関連の教育と研究に費やしたため、現在では一般的に彼は物理学者として認識されています。
ゼーベックの画期的な実験(1821年)
1821年、ゼーベックは2種類の異なる金属線を接続し、閉じた電流回路を作りました。彼は2本の金属線の端をつなぎ合わせて「接点」を形成したところ、驚くべき発見をしました。すなわち、一方の接点を高温に加熱し、もう一方の接点を低温に保った場合、回路の周囲に磁場が発生するというのです。2種類の金属でできた接点に熱を加えるだけで電流が生まれるという事実に、彼は当初信じられませんでした。当時の彼は、この発見を「熱磁電流」または「熱磁現象」で説明するしかありませんでした。
その後の1822年から1823年の2年間、ゼーベックは自身の継続的な観察結果をプロイセン科学アカデミーに報告し、この現象を「温度差による金属の磁化」と記述しました。
ゼーベックの誤った解釈と正しい認識への転換
ゼーベックは確かに熱電効果を発見しましたが、その原理の解釈は誤っていました。彼は「金属線の周囲に磁場が生まれる原因は、温度勾配によって金属が特定の方向に磁化されたためであり、電流が形成されたわけではない」と考えていました。一方、プロイセン科学アカデミーは「この現象は温度勾配によって電流が発生し、その電流によって金属線の周囲に磁場が生まれるため」と主張しました。
この説明に対し、ゼーベックは激怒しました。彼は反論します。「電磁気学のパイオニアであるオーステッドの研究成果に、科学者たちの視野が狭められている。そのため、彼らは『磁場は電流によって生まれる』という理論しか使えず、他の可能性を考えられないのだ」と。しかし、ゼーベック自身も一つの重要な事実を説明できませんでした。それは「回路を切断すると、温度勾配があっても金属線の周囲に磁場は発生しない」という点です。
この現象の正しい解釈が得られるのは1823年まで待たされました。デンマークの物理学者ハンス・クリスチャン・オーステッドが「これは熱を電気に変換する現象(熱電変換現象)である」と指摘したことで、この現象の正体が明らかになり、**ゼーベック効果(Seebeck effect)** として定着することになりました。この解釈の修正は、科学界において「協力して検証することの重要性」を示す典型例となりました。
ストーリーのポイント整理
Q:ゼーベック効果(Seebeck effect)とは何ですか?
A:ゼーベック効果とは、2種類の異なる導体または半導体で閉回路を形成したとき、2つの接点間に温度差がある場合に回路内に起電力(熱起電力と呼ばれる)が発生し、それによって電流が流れる現象のことです。電流の方向は温度勾配の方向に依存し、高温側の電子は通常、負極から正極へ移動します。
Q:ゼーベック効果の応用分野はどれらですか?
A:ゼーベック効果の主な応用分野には、宇宙航空分野の機器用発電システム、暖炉発電システム、オーブン発電システムなどがあります。