Техника - молодёжи 1959-03, страница 13

мышленность, потребляющую большие электрические мощности. Для них далеко не безразлично количество потребляемой энергии. Современные машины хотя и не могут достигнуть наивысшего холодильного коэффициента в 7—8 единиц, но все же приближаются к нему значительно ближе, чем те 12%, которые дают наши термоэлементы.

Пока следует считать, что применение термоэлектрического охлаждения ограничится теми условиями, где отсутствие сложных машин дает большое преимущество и где расход электроэнергии невелик.

Таких условий много: если мы легко можем согревать электрическим током, то для охлаждения требовались электромоторы и компрессоры. А где их разместить, если, например, вы хотите наблюдать предмет под микроскопом, понижая и повышая его температуру? Маленький столик, снабженный термоэлементами, затрачивая всего несколько ватт, понижает температуру предмета на столике до —ЗО⁹ или при изменении направления тока повышает его температуру до +80°С. Биолог или химик получает в свое распоряжение прибор, который поможет ему узнать много ценных фактов. На фотографии справа показан столик для микроскопа.

Биолог и врач изучают живые ткани в виде тонких срезов. Их производит микротом — острый нож, который после каждого среза опускается на малые доли миллиметра и делает новый срез. Доброкачественна или опасна опухоль, покажет тонкий слой, полученный с помощью микротома. Но если ткань слишком мягка, она плохо режется, если она тверда, она становится хрупкой. Ткань нельзя переохладить, но нельзя и перегреть. Приходится во время охлаждения удачно выбрать момент, когда температура как раз такова, как нужно, а для следующего среза начинать все сначала.

Какое громадное облегчение, когда срез делается на столике с термоэлементами! Раз навсегда можно подобрать такую силу тока, чтобы температура была именно такой, как нужно, и производить при ней любое число срезов.

Слева наверху на фотографии показан стержень, внутри которого заключена термобатарея. Как только пропускается ток, прибор охлаждается, на его поверхности образуется снег, а через 1—2 мин. температура снижается до —30*С. Им можно охладить любой предмет, кожу животных или воздух в небольшом ящике. Изменим направление тока, и прибор нагреется, а вода на его поверхности закипит. Если нужно быстро нагреть или охладить что-нибудь, ничего нет удобнее такого прибора.

Термоэлемент в зависимости от направления электрического тока либо нагревает одну сторону и охлаждает вторую, либо, наоборот, охлаждает первую и нагревает вторую. Чем сильнее ток, тем сильнее изменение температуры и в том и в другом случае. Силой и направлением тока может управлять автомат, который поворачивает ток в сторону нагрева, когда предмет стал холоднее, чем мы хотели, и в сторону охлаждения, когда наш предмет перегреется. Понятно,

что таким образом можно поддерживать постоянную температуру даже тогда, когда в окружающем пространстве она сильно меняется. Такое устройство называется термостатом. Там, где потребовалось исключительное постоянство температур, нам удалось его довести до 0,001 °С.

Вакуумные насосы откачивают воздух струей паров масла. Однако эти пары не должны попадать в вакуумный прибор. На пути к нему ставится ловушка, в которой термоэлементы охлаждают медные пластинки, замораживающие пары масла. На фотографии (слева внизу) изображена одна из таких ловушек.

ПИМП HL ПОАУШОШТА

У нас уже около 30 термоэлектрических приборов для разных целей. Все они разработаны Е. А. Коленко, и все они приносят пользу. Вряд ли стоит их перечислять. Я бы вновь хотел обратиться к изобретательности читателя: он, наверно, придумает еще 30 других применений.

Вместо этого я хочу привлечь ваше внимание еще к одной стороне дела— нагреву с помощью термоэлементов. На первый взгляд здесь получается нечто неожиданное. Чтобы сообщать комнате 1 квт тепла с помощью электрической печки, нужно, разумеется, затрачивать в ней мощность в 1 квт. Но если нагревать комнату термоэлементами, достаточно полкиловатта электрической мощности и даже меньше!

Можно подумать, что термоэлементы потрясают основу основ науки — закон сохранения энергии. Но это, конечно, не так. Избыточная теплота, поступающая в комнату, не создается из ничего, а переносится из более холодного источника, например из водопроводной воды. Термоэлемент, через который пропускают электрический ток, отнимает теплоту от воды, охлаждая ее, и переносит эту теплоту вместе с теплотой, выделяемой током, в комнату. В заголовке помещена фотография плитки, охлаждаемой водой из водопровода.

Везде, где имеются ьольшие резервуары тепла, хотя бы и при низкой температуре, их можно использовать при посредстве термоэлементов для получения тепла при более высокой температуре. Чем меньше разность температур между холодным резервуаром, откуда мы берем теплоту, и теплым, куда мы ее потом передаем, тем меньше приходится затрачивать электроэнергии.

Для наших термоэлементов, например, при 10° разности температур на каждый киловатт получаемого тепла достаточно затратить Vs киловатта электроэнергии, при 20° разности температур уже 7з киловатта, а при 30® немного меньше Vs киловатта.

Чтобы подогреть водопроводную воду зимой на 5°, потребуется в 10 раз меньше электрической энергии, чем получит вода. А летом—в 9 раз меньше, чтобы воду охладить на 5°.

Возможность переводить тепло из более холодных источников к более теплым с помощью машин давно была известна. Но необходимые для этого машины и компрессоры вносили слишком большие осложнения. Полупроводниковые термоэлементы открывают и в этом деле новые заманчивые перспективы.

На этом мы остановим перечисление приборов, которые уже дали и которые еще могут дать термоэлементы из полупроводников. Мы в самом начале долгого и, надо думать, плодотворного пути.

Если тепловые машины имеют за собою 150-летнюю историю, электротехника строится уже 100 лет, то за термоэлементами едва один десяток лет. Только за последние два-три года в эту задачу включились некоторые лаборатории в США, Англии, Франции, Чехословакии и Китайской Народной Республике.

Если читатель с разочарованием скажет: «Да ведь ничего еще нет», — пусть он вспомнит историю других областей техники. Блестяще развернувшаяся электротехника медленно развивалась первые десятилетия. Тепловые машины за первые 30 лет продвинулись не очень сильно. Темпы новых идей все ускоряются: авиация и радио выросли гораздо быстрее и пошли бурным шагом. Кино и телевидение развернулись еще быстрее. За полгода мы перешли от первого небольшого спутника к третьему в 1,5 тонны и к космической ракете — искусственной планете Солнца.

На наших глазах развертываются термоэлементы. Посмотрим, что будет еще через три-пять лет!

А пока я пытался рассказать лишь о том немногом, что мы знаем о них сегодня.

9