Техника - молодёжи 1965-08, страница 41

тмт

Геофизики, например, знают, что перед землетрясениями часто происходят изменения магнитного поля Земли. Построив прибор, который регистрировал бы эти изменения, можно предсказывать землетрясения.

Термо-гальвано-магнитные эффекты лежат в основе многих генераторов электроэнергии, с помощью которых ученые пытаются решить одну из важнейших задач науки и техники — прямое преобразование тепловой, ядерной, солнечной энергии в электрическую.

Если представить какие-то физические или математические величины в виде сигналов, легко можно получить их произведение или их отношение. Другими словами, представляется возможность применить эффекты в счетно-решающих устройствах. В такой кибернетической машине могут действовать не только электрические импульсы, но и импульсы теплового потока или магнитного поля.

До сих пор мы считали, что сигналы направлены вдоль осей системы. Теперь представим, что какой-нибудь входной сигнал направлен не вдоль оси, а под некоторым углом к ней. Тогда выходной сигнал будет пропорционален только составляющей этого входного сигнала на ось. Таким образом, можно измерить любую составляющую входного сигнала, а следовательно,

найти его направление. Такой метод, например, можно использовать для ориентировки космического корабля по магнитным силовым линиям планеты.

Как видим, перед нами раскрывается широчайшая целина практического использования еще не открытых эффектов. Остается «только» найти материалы, которые позволили бы эффектам выступить в полном блеске.

ДЕЛО ЗА МАТЕРИАЛАМИ

Сели на вход идеально изотропного ^кубика подать два каких-нибудь сигнала. то на выходе получится масса паразитных сигналов, распространяющихся одинаково по всем направлениям. Так как эффекты возникают практически мгновенно (отрезок времени, в течение которого проявляется эффект Холла, составляет всего j q 14 _сек>)_? можно считать, что цепная реакция возбуждения дополнительных эффектов происходит также мгновенно. Паразитные сигналы, несмотря на постепенное затухание, могут сильно искажать и даже заглушать первоначальный эффект.

Таким образом, чем более изотропно вещество, тем меньше надежды на то, что мы получим «чистый» нужный эффект. С другой стороны, чем ближе по свойствам материал к изотропному,

тем лучше условия прохождения сигналов, тем меньше затухание их в самой системе. Как же выйти из этого противоречия? Нужно взять такой материал, который по отношению к начальным входным и начальному выходному сигналу обладал бы свойствами, как прежнее изотропное вещество, или даже лучшими, а по отношению к паразитным сигналам — иными, затрудняющими прохождение их в материале. Другими словами, для каждого эффекта, который мы хотим исследовать, нужно брать специально подобранный для него материал, более или менее анизотропный.

Для устранения паразитных эффектов можно использовать и другие средства — например, помещать систему в среду, поглощающую паразитные выходные сигналы.

Все эффекты, судя по семнадцати известным, в какой-то степени зависят и от конфигурации системы. В частности, величина эффектов Холла, Эттинг-сгаузена, Нернста в кубиках будет значительно меньше, чем в прямоугольных пластинках того же материала. Таким образом, подбирая нужную конфигурацию системы, вполне можно добиться увеличения одних и уменьшения других паразитных эффектов.

В качестве рабочего тела не обязательно брать только металлы или полупроводники. Возможно, что в органических веществах, в расплавах, в жидкостях, в газах, в плазме проявятся все способности новых эффектов.

В этой статье мы ограничились рассмотрением эффектов, образующихся при взаимодействии только трех полей. Можно взять и иные формы — световое излучение или механическую деформацию, и при этом, конечно, будут получены качественно новые явления.

„МЕЖДУ ВСЕМИ ЭФФЕКТАМИ ДОЛЖНА СУЩЕСТВОВАТЬ СВЯЗЬ"

Экспериментально известны три термоэлектрических явления в изотропных телах; 1) термо-электриче-ский эффект, 2) эффект Пельтье и 3) эффект Томсона.

И. П. Базаров, Термодинамика

«Отдельные научные факты напоминают листву и веточки большого дерева. Они должны быть связаны у основания в меньшие или большие ветви, в сучья, которые, в свою очередь, соединены с самим, стволом».

Дж. Займан, Электроны и ф он оны

«Термодинамический анализ обнаруживает глубокую связь и взаимообусловленность термоэлектрических эффектов... Эта далеко идущая общность отражается также и на экономических характеристиках термоэлектрического процесса».

А. И. Бурштейн, Физические основы расчета полупроводниковых термоэлектрических устройств

ОТКРЫТИЯ возможны, НО ИХ БУДЕТ МЕНЬШЕ!

вопрос о том, сколько мюжно открыть терчо-электро-магнитных эффектов, сам по себе интересен,

И, как первое приближение, формальный перебор всех сочетаний электрического тока, теплового потока и магнитного поля правомерен.

Однако такой перебор отнюдь не гарантирует, что все предполагаемые «открытия» действительно будут сделаны. Требуется еще и разбор физической сущности явлений. Нетрудно убедиться, что некоторые эффекты вообще не будут «работать», другие сведутся к уже известным, относительно третьих действительно стоит подумать.

Анализируя предполагаемые эффекты, нельзя забывать, что разность температур на концау проводника — это разность энергий электронов. В зависимости от направления переноса носителей тока эта разница энергий может либо выделяться, либо поглощаться, и тогда мы регистрируем нагревание или охлаждение проводника.

Магнитное поле в этих эффектах выполняет роль рельсов, «направляющих» движение носителей тока, создает своеобразную анизотропию тока. Благодаря этому могут возникать поперечные потенциалы (эффект Холла). Если иметь в виду все это, то можно, например, сразу сказать, что эффект ЭТ°Т° «работать» не будет; здесь у носителей тока нет градиента энергии в направлении переноса.

Термо-магнитные эффекты должны быть чрезвычайно слабыми — из-за слабого взаимодействия тепловых электронов с магнитным полем. Кроме того, помещая проводник в комбинированное поле, нельзя считать, что каждое поле будет действовать «по-своему» (эффекты типа ТММ). Напряженность магнитного поля — величина векторная, и при любой системе полей на носитель тока будет действовать некоторая суммарная величина напряженности.

Вот почему, проанализировав всю таблицу с физической точки зрения, читатель сам сможет ответить на вопрос: случайно или не случайно из 45 предполагаемых термо-гальвано-ыагнитных эффектов открыто только 17!

А. МИЦКЕВИЧ, кандидат физико-математических наук

36