Глеб Анфилов - Что такое полупроводник

Несравненно более широкие возможности открывают здесь полупроводниковые термоэлементы. Всюду, где есть тепло, они способны легко превратить значительную его делю в самый удобный вид энергии — электрическую. Ведь электроэнергию можно использовать тысячью способами— либо сразу превратить ее в свет и движение машин, либо передать по проводам на далекие расстояния, либо, наконец, собрать про запас в электрических «копилках» — аккумуляторах.

Каждый дымоход, каждую трубу с горячим или просто {53} теплым газом, с чуть нагретой сточной водой можно одеть в кольца из батарей полупроводниковых термоэлементов. Когда мы сделаем эта, бросовое тепло, преобразованное в электрический ток, станет двигать машины, питать энергией приборы, освещать улицы. Оснастив термобатареями котельные жилого дома, мы сможем в придачу к теплу получить столько электроэнергии, сколько требуется на все бытовые нужды — в том числе на электроплитки, холодильники, пылесосы — всем обитателям квартир.

Шоферу или владельцу автомобиля, попавшему в какой-нибудь глухой уголок, порой немало хлопот доставляет зарядка аккумуляторов. Полупроводники избавят его от этой заботы. Ведь отработанные газы автомобильного двигателя довольно сильно нагреты. И если заключить в кольца термоэлементов выхлопную трубу, по которой газ выбрасывается наружу, от них в аккумуляторы потечет ток.

Кто знает, быть может, в будущем, когда полупроводниковых материалов станет много (а к этому стремятся наука и индустрия), заводские трубы станут складывать не из кирпичей, а из полупроводниковых термопар. Внутри трубы — горячий дым, снаружи — прохладный воздух. В полупроводниковых «кирпичах» рождается электроэнергия. Заводская труба играет роль электростанции.

А если доменную печь сложить из термоэлементов? Получится сдвоенное предприятие: домна — электростанция. Конечно, до этого еще далеко. Предстоит найти полупроводники с идеальным сочетанием нужных свойств, сделать их дешевле цемента. Труднейшие задачи! Но каждый день приближает нас к их решению. {54}

Давно уже работает наука над прогрессивным способом освоения угольных залежей — подземной газификацией. Вместо того чтобы извлекать уголь из пластов и поднимать его на поверхность, в недра нагнетают кислород и прямо под землей поджигают уголь. Там твердое топливо сгорает, но лишь частично. В процессе горения образуется газ, который сам служит отличным горючим и к тому же ценным химическим сырьем. Этот газ может идти на заводы, химические комбинаты, в наши квартиры.

Подземная газификация экономит огромное количество сил и средств, а главное — избавляет человека от тяжелого подземного труда. Но как много тепла теряется понапрасну! Ведь оно уходит на бесполезный разогрев земных недр!

И вот представьте себе, что скважины, по которым поднимается раскаленный газ из огневых забоев станций подземной газификации, охвачены блоками полупроводниковых термоэлементов. Сколько драгоценной энергии пойдет тогда от пылающего пласта!

Полупроводники будут добывать электроэнергию и из природных источников тепла.

В Башкирии, на реке Юрюзань, один из прибрежных холмов окрестные жители называют Яган-тау — Горящей горой. Это название оправдано. В глубине холма тлеют сланцы, и из щелей бьют струи горячего пара. Чтобы превратить такой холм в электростанцию, достаточно забить в него сваи из полупроводников.

Получив обилие этих замечательных материалов, мы преобразуем в электроэнергию и тепло горячих гейзеров, подземных вод и газов, наконец, само солнечное тепло. Здесь полупроводники открывают поистине необозримые перспективы. Мы еще будем говорить о них дальше.

А сейчас вернемся к нашей термопаре, чтобы рассказать о ее другой интересной особенности.

{55}

Идея полупроводниковых термоэлектрогенераторов зародилась в Ленинграде, в лаборатории полупроводников Академии наук СССР, которая впоследствии была преобразована в Институт полупроводников Академии наук СССР. Здесь возникла и другая мысль: создать на основе полупроводников новые оригинальные холодильные устройства.

Мы знаем, что если один конец термопары нагреть, а другой охладить, то в ней рождается электроэнергия. Оказывается, существует и обратный эффект: пропустите через термопару постоянный ток, и с одной стороны она начнет нагреваться, а с другой — остывать.

На холодном спае появляется иней, лед.

Стопа полупроводниковых охлаждающих батарей.

{56}

В применении к металлам это явление открыл в 1834 году французский физик Жан Пельтье. Год спустя петербургский академик Э. X. Ленц на спае стерженьков из сурьмы и висмута заморозил электрическим током каплю воды. Но лишь в наши дни удалось найти полезное применение этого интересного явления. Дело в том, что в полупроводниковых термопарах эффект Пельтье проявляется очень резко — несравненно сильнее, чем в металлах.

Несколько полупроводниковых термопар соединили последовательно и сложили в плитку. Включили ток. Наверху плитка охлаждается, внизу разогревается. Сделали другую такую же плитку. Включив и в нее ток, положили на первую, причем теплыми спаями вниз. Эти спаи остывают в холоде нижней плиты, а наверху второй плитки возникает еще более сильный мороз. Такую многоэтажную стопу полупроводниковых плит — блоков термопар — очень удобно использовать для получения искусственного холода. Не потребуется никаких двигателей, насосов, жидкостей. А ведь прежде они считались обязательной принадлежностью холодильных установок.

Простота создания электронного мороза открывает ему широкую дорогу в жизнь. Быть может, скоро в ларьках с газированной водой баки будут оснащены стопами полупроводников. Тепло встретят этот новый искусственный холод и продавцы мороженого. Ведь не нужно будет возить издалека тонны льда, твердую углекислоту. Всюду, где есть электроэнергия, появится возможность без хлопот иметь и холод.

Для небольшого домашнего холодильника не понадобится даже стопы, достаточно одной—двух одноэтажных плиток из термопар.

В Институте полупроводников построили уже несколько моделей домашнего электронного холодильника. Вот одна из них:

Полупроводниковый холодильник.