Глеб Анфилов - Что такое полупроводник

Белый шкаф — такой же, как у всех подобных аппаратов. В задней части его гребень металлических пластин радиатора. С ним соединены нагревающиеся концы брусочков полупроводниковых термопар, чтобы они легче отдавали свое тепло наружу. Такой же гребень (но уже не отдающий тепло, а как бы вбирающий его в себя) смонтирован внутри холодильного шкафа. Его пластины соединены с теми концами полупроводников, которые охлаждаются при прохождении через термопары электрического тока. Сама батарея — небольшая прямоугольная пластинка, составленная из нескольких десятков полупроводниковых брусочков. Вот и все оборудование холодильника,

Он гораздо вместительнее, чем широко известный у нас холодильник завода «Газоаппарат», но вместе с тем в десятки раз надежнее.

Уже разработаны и промышленные конструкции полупроводниковых холодильников. Их размещают в известных шкафах «Газоаппарат» и «Днепр». Эти простые и неприхотливые электроаппараты скоро начнут сходить с заводского конвейера.

Любопытная деталь. Стоит переменить направление тока в элементах холодильника, и он словно вывернут наизнанку. Теперь греется внутренний радиатор, а наружный {58} охлаждается. Так вместо холодильника получается своеобразный духовой шкаф.

Переключением тока мы словно перебрасываем тепло и холод, меняем их местами. Это и понятно. Ведь тогда в термопарах направление движения электронов и дырок обращается в противоположные стороны.

На радиостанциях стоят так называемые кварцевые стабилизаторы частоты — они следят за постоянством длины волны, на которой идет передача. Стабилизатор должен находиться в камере, где температура всегда строго постоянна. Иначе он будет вибрировать то чаще, то реже — в зависимости от перемен температуры. Чтобы не допустить этого, в камеру вводят половину батареи термопар и термистор. Термистор все время измеряет температуру и, если она почему-либо понизится, немедленно дает электрическую команду на реле, которое включает ток в термопару. А если температура понижается, направление тока также автоматически меняется на противоположное. Тогда камера начинает нагреваться. Полупроводниковые приборы бдительно следят за температурой в камере.

Подобные термостаты и холодильники нетрудно сделать, если нужно, очень маленькими — с чайный стакан, даже с наперсток. Одни из них спасают от опасного перегрева миниатюрные детали различных аппаратов. Другие охлаждают живые ткани, микроорганизмы, сохраняя их температуру при исследованиях под микроскопом. На основе миниатюрного полупроводникового холодильника, состоящего из одной термопары, удалось построить очень удобный гигрометр — прибор для измерения влажности воздуха.

Итак, электроохлаждение помогает решать множество задач науки.

Но физики стремятся еще более эффективно поставить электроохлаждение и нагревание на службу практике. Высказана идея: создать на этой основе оригинальную отопительно-охладительную систему для зданий.

{59}

Заглянем в обычный жилой дом будущего. Нам бросятся в глаза узорные металлические решетки под окнами. Это не украшения. Войдем внутрь. В комнатах под подоконниками — такие же решетки. Что же это? Да не что иное, как радиатор полупроводниковых термопар. Через них проходит электрический ток, и пластины в комнате нагреваются. Но вот в помещении стало жарко. Хозяйка квартиры поворачивает выключатель. Теперь ток течет в обратном направлении, и комнатные пластины радиатора начали охлаждаться, вбирая в себя излишнее тепло. Жара быстро спадает. Впрочем, хозяйкам таких квартир, вероятно, не придется заботиться о температуре в комнатах. Заботу эту наши инженеры передадут автоматическим аппаратам на. термопарах и термисторах. В целом доме температура будет поддерживаться всегда на нужном уровне, как в камере кварцевого стабилизатора.

Преимущества такой системы отопления очень велики. Мало того, что она проста и гигиенична (ведь не будет никаких топок, котлов, угля, шлака), она сможет действовать круглый год: зимой отапливать помещение, а летом создавать в комнатах приятную прохладу. Система эта к тому же исключительно экономична. Например, нагрев воздуха на 20 градусов потребует энергии в четыре—пять раз меньше, чем ее расходуется в лучших современных отопительных системах.

Как это можно объяснить?

Оказывается, помещение станет обогреваться не только за счет электрического тока. В какой-то мере тепло будет черпаться снаружи, с улицы, — за счет охлаждения и без того холодного наружного воздуха.

Уличный воздух здесь тоже будет «работать» на отопление — отнимать тепло от наружных радиаторов.

Вдумайтесь в это!

Исстари считалось, что греть может лишь что-то горячее: огонь, солнце. А ока­зы­ва­ется, в полу­провод­никовой тер­мо­ба­та­рее мороз и электри­чес­кий ток спо­собны рождать тепло.

{60}

Так может выглядеть отопительно-охладительная система на полупроводниках в жилых домах будущего.

Овладев полу­про­вод­ни­ка­ми, мы сумеем извлекать пользу даже из зим­ней стужи!

Устройства, о которых вы читали в этой главе, по своему назна­чению не новы.

Давным-давно су­щес­твуют сис­темы машин, пре­об­ра­зующих тепло в электри­ческий ток, есть у нас и холо­диль­ники, и установки искус­ствен­ного климата.

Но все эти знакомые нам техни­ческие устрой­ства отличаются общей

особен­ностью — в них обязательно работают какие-то механизмы: враща­ются валы {61} двигателей, ходят поршни насосов, бегут трансмиссии. А любое механическое движение обязательно сопровождается потерей энергии на трение, износом деталей. За механизмами приходится заботливо ухаживать, то и дело ремонтировать их, заменять испортившиеся части. Неудивительно, что современная техника стремится освободиться от механического движения всюду, где это возможно.

В самых разнообразных областях производства сейчас внедряются процессы, которые президент Академии наук СССР А. Н. Несмеянов метко назвал «безмеханизменными». И наиболее яркими примерами этой новой прогрессивной техники могут служить такие полупроводниковые устройства, как термоэлектрогенераторы, электронные холодильники, их всевозможные сочетания. Это бесспорно предвестники завтрашнего дня нашей индустрии.

{62}

{63}