Thomas Johann Seebeck

Thomas Johann Seebeck

9. 4. 1770–10. 12. 1831

Pobaltsko‑německý fyzik a průkopník termoelektřiny. V roce 1821 objevil termoelektrický jev (Seebeckův jev) – základ dnešních termočlánků a termoelektrických generátorů. Přispěl také k optice a teorii barev.

Život a studia

Thomas Johann Seebeck se narodil 9. dubna 1770 v Revalu (dnes Tallinn, hlavní město Estonska), tehdy součásti Ruského impéria, v zámožné rodině pobaltsko‑německého obchodníka Johanna Christopha Seebecka. Otec zemřel roku 1786, když byl Thomas teprve šestnáctiletý; péči o bratry Thomase a Christopha převzali poručníci.

V roce 1789 odešel Seebeck studovat medicínu do Berlína a poté na univerzitu do Göttingenu, kde v roce 1802 získal doktorát z medicíny a chirurgie. Medicínu však nikdy neprovozoval – jeho zájem se záhy přesunul k experimentální fyzice.

Vědecká kariéra

Po promoci v roce 1802 se Seebeck usadil v Jeně jako nezávislý badatel. Zde se záhy seznámil s Johannem Wolfgangem Goethem a od roku 1806 mu pravidelně zasílal výsledky svých optických pozorování. Společně se věnovali teorii barev – Goethe Seebeckovy výsledky o entoptických barvách a polarizaci světla hojně citoval ve svém díle Zur Farbenlehre (1810).

Seebeck studoval polarizaci světla, fotoluminiscenci a tepelné účinky různých barev slunečního spektra. V roce 1808 jako první popsal a připravil amalgám draslíku – nezávisle na něm ho téhož roku získal i Humphry Davy. V roce 1813 objevil entoptické barvy (barevné obrazce vznikající v napjatém skle). Za výzkum polarizace světla v napjatém skle obdržel v roce 1816 cenu Pařížské akademie věd.

V roce 1814 byl zvolen členem Berlínské akademie věd (Preußische Akademie der Wissenschaften). V té době žil střídavě v Bayreuthu a Norimberku; do Berlína se přestěhoval až v roce 1818, kdy nastoupil aktivní akademické povinnosti.

Seebeckův jev

V roce 1821 učinil Seebeck svůj nejdůležitější objev. Dne 16. srpna 1821 přednesl na zasedání Berlínské akademie první zprávu, v níž popsal, že v obvodu složeném ze dvou různých kovů dochází k výchylce magnetické střelky, pokud jsou oba spoje udržovány na různých teplotách. Seebeck jev původně interpretoval jako „termomagnetismus“ – domníval se, že teplotní rozdíl přímo vytváří magnetické pole kovů. Správnou fyzikální interpretaci (vznik elektromotorické síly a elektrického proudu) podal dánský fyzik Hans Christian Ørsted, který pro jev zavedl i termín termoelektrický efekt.

Seebeckův jev
Seebeckův jev: v obvodu dvou různých kovů s různě teplými spoji vzniká elektromotorická síla.

Fyzikální popis a Seebeckův koeficient

Termoelektrické napětí (elektromotorická síla) vzniká tehdy, když jsou dva spoje obvodu z různých vodivých materiálů udržovány na rozdílných teplotách. Pro malý teplotní interval lze napětí přibližně zapsat vztahem:

U ≈ (SA − SB) · ΔT,

U
elektromotorická síla (napětí) ve voltech [V]
SA, SB
Seebeckovy koeficienty materiálů A a B [V·K−1]
ΔT
rozdíl teplot mezi spoji v kelvinech [K]

Znaménko napětí závisí na zvoleném směru měření a pořadí materiálů. V tabulkách se proto obvykle uvádí buď koeficient jednotlivého materiálu vůči referenci, nebo výsledný koeficient konkrétní termočlánkové dvojice.

Seebeckův koeficient má jednotku V·K−1, v praxi nejčastěji μV·K−1. Historické označení termoelektrická síla neznamená sílu ve smyslu newtonu; jde o napětí vzniklé z teplotního rozdílu. Seebeck systematicky proměřil většinu tehdy dostupných kovových materiálů a sestavil termoelektrickou řadu. Ukázal tím, že volba dvojice materiálů zásadně ovlivňuje velikost vzniklého napětí. Základ pro klasifikaci a výběr termočlánkových dvojic později rozvinul francouzský fyzik Antoine‑César Becquerel.

Peltierův a Thomsonův jev

Seebeckův jev je jedním ze tří klasických termoelektrických jevů:

Seebeckův jev v praxi

Termočlánky jsou nejrozšířenějším přímým využitím Seebeckova jevu. Standardizované typy (J, K, T, E, N, B, R, S) pokrývají velmi široký teplotní rozsah a jsou běžné ve strojírenství, metalurgii, energetice, chemickém průmyslu i laboratorní praxi. Měří rozdíl teplot mezi měřicím a referenčním spojem; výsledná teplota se získá z naměřeného napětí a tabulek nebo převodních polynomů. Přehled koeficientů a typů termočlánků najdete v tabulce Seebeckova jevu na tomto webu.

Termoelektrické generátory (TEG) přeměňují tepelný spád přímo na elektrickou energii bez pohyblivých částí. Uplatňují se tam, kde je důležitá spolehlivost, dlouhá životnost nebo využití odpadního tepla. Typickým příkladem jsou radioizotopové termoelektrické generátory v kosmických sondách a termoelektrické články využívající teplotní rozdíl v průmyslu.

Termoelektrické chlazení využívá opačný směr přeměny: při průchodu proudu vhodným článkem se jeden spoj ochlazuje a druhý ohřívá. Prakticky jde o Peltierův jev, který se používá v malých chladičích, laboratorních držácích vzorků, stabilizaci teploty senzorů a některých elektronických zařízeních.

Poslední léta

Po roce 1823 Seebeck churavěl a jeho pracovní kapacita upadala. Mnohé vědecky cenné výsledky zůstaly zaznamenány pouze v jeho rukopisech. Thomas Johann Seebeck zemřel 10. prosince 1831 v Berlíně ve věku 61 let. Měl osm dospělých dětí – šest dcer a dva syny; jeho syn Moritz Seebeck se stal pedagogem a univerzitním kurátorem v Jeně.

Časté otázky

Co je Seebeckův jev?
Seebeckův jev je vznik elektrického napětí v obvodu složeném z různých vodivých materiálů, pokud jsou jejich spoje na různých teplotách.
Jak funguje termočlánek?
Termočlánek tvoří dvojice různých vodičů nebo slitin. Jeden spoj je vystaven měřené teplotě, druhý slouží jako referenční. Z naměřeného termoelektrického napětí lze určit rozdíl teplot.
Jaký je rozdíl mezi Seebeckovým a Peltierovým jevem?
Seebeckův jev mění teplotní rozdíl na elektrické napětí. Peltierův jev pracuje v opačném směru: elektrický proud způsobuje ohřev jednoho spoje a ochlazení druhého.
Proč se Seebeckův koeficient uvádí v μV·K−1?
Napětí běžného termočlánku je malé, často v řádu mikrovoltů na kelvin teplotního rozdílu. Proto se místo V·K−1 prakticky používá μV·K−1.
Kde se Seebeckův jev používá?
Nejčastěji v termočláncích pro měření teploty, v termoelektrických generátorech a nepřímo také v Peltierových článcích pro malé chladicí systémy.

Související

Zdroje a další informace