Σαν σήμερα... 1770, γεννήθηκε ο Εσθονό-Γερμανός φυσικός Thomas Seebeck.

Thomas Johann Seebeck

 

Σαν σήμερα, στις 9 Απριλίου 1770, γεννήθηκε στο Reval (τώρα Ταλίν), πρωτεύουσα της Εσθονίας, (τότε ήταν μέρος της Ανατολικής Πρωσίας) ο Thomas Johann Seebeck (Τόμας Γιόχαν Ζέεμπεκ) που έγινε γνωστός από το φαινόμενο που φέρει το όνομά του- φαινόμενο Seebeck- (όταν δύο διαφορετικά μέταλλα συνδεθούν και τα σημεία συνδέσεων βρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες, τότε αναπτύσσεται διαφορά δυναμικού στα δύο μη συνδεδεμένα άκρα που είναι ανάλογη προς τη διαφορά θερμοκρασίας).

Ο πατέρας του Thomas, Johann Christoph Seebeck, ήταν Γερμανικής καταγωγής με πατρογονικές ρίζες στη Σουηδία και ήταν επιτυχημένος έμπορος. Μητέρα του Thomas ήταν η Gerdrutha Lohmann. Το σπίτι της οικογένειας ήταν ένα αρχοντικό στην Great Market (Μεγάλη Αγορά - πλατεία Δημαρχείου) του Ταλίν. 
To 1786, o Thomas και ο κατά 2 χρόνια μεγαλύτερος αδελφός του Christoph, έχασαν τον πατέρα τους κι έμειναν ορφανοί, αφού η μητέρα τους είχε ήδη πεθάνει πριν 11 χρόνια. 
Στη συνέχεια τα 2 παιδιά μεγάλωσαν κοντά στην γιαγιά τους Anna Gerdrutha Seebeck και τη θεία τους Catharina Margaretha Wilcke. 
Το 1796, πέθανε ο Christoph κι έτσι, ο Thomas Seebeck έμεινε μοναδικός κληρονόμος της μεγάλης περιουσίας του πατέρα του. Για αδιευκρίνηστους λόγους, μόλις το 1819 κατάφερε ο Thomas Seebeck να γίνει κάτοχος αυτής της περιουσίας.

Το σπίτι του Thomas Seebeck στο Ταλίν.

Το 1788 ο Seebeck αποφοίτησε από το Reval Imperial Grammar School (τώρα, Tallinn Gustav Adolf Grammar School).
Αμέσως μετά, ικανοποιώντας επιθυμία του πατέρα του, ξεκίνησε τις σπουδές στην Ιατρική, πρώτα στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου και μετά στο Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν.
Το 1792 πήρε το πτυχίο του από το Γκέτινγκεν με ειδικότητα στη χειρουργική, με πολύ καλή βαθμολογία. Μετακόμισε στο Bayreuth (Μπαϊρόιτ), αλλά τελικά προτίμησε ν’ ασχοληθεί με την έρευνα στη φυσική παρά με την άσκηση της ιατρικής. Η οικονομική του άνεση του το επέτρεπε. Έτσι, ο Thomas Seebeck έγινε γνωστός από την έρευνά του ως φυσικός.

Το 1795 παντρεύτηκε στο Bayreuth την Juliane Amalie Ulrike Boye. Το ζευγάρι απέκτησε 2 κόρες και 6 γιους.
Τον Μάρτιο του 1802, ο Seebeck πήρε διδακτορικό τίτλο στην Ιατρική από το Πανεπιστήμιο του Γκέτινγκεν και το καλοκαίρι της ίδιας χρονιάς, η οικογένεια μετακόμισε στην Jena (Ιένα). Εκεί ο Seebeck εντάχθηκε στο προσωπικό του Πανεπιστημίου της Jena και ξεκίνησε η συνεργασία και η φιλία του με τον Johann von Goethe. Εμπνευσμένος από το Ρομαντικό κίνημα στη Γερμανία και την αντί Νευτωνική θεωρία των χρωμάτων του Γκαίτε, εργάστηκε με τον Γκαίτε για τη θεωρία του χρώματος και την επίδραση του έγχρωμου φωτός. Στη συνέχεια ο Seebeck ασχολήθηκε με την έρευνα του ηλιακού φάσματος.

Το Γυμνάσιο Gustav Adolf Grammar School που φοίτησε ο Thomas Seebeck.

Το 1806 ερεύνησε τις επιπτώσεις που προκαλούν η θέρμανση και κάποιες χημικές ουσίες σε διάφορα χρώματα του ηλιακού φάσματος. 
Μέχρι το 1812, μελέτησε την οπτική πόλωση, αλλά στο τέλος διαπίστωσε, ότι τα αποτελέσματα της έρευνάς του είχαν ανακαλυφθεί νωρίτερα από τους επιστήμονες  David Brewster και Jean-Baptiste Biot, κάτι που δεν το γνώριζε.

Γύρω στο 1818, ο Seebeck επέστρεψε στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου όπου εργάστηκε ανεξάρτητα, ασχολούμενος με τη μαγνήτιση του σιδήρου και του χάλυβα όταν ηλεκτρικά ρεύματα περνούσαν μέσω αγωγών που βρίσκονταν κοντά τους. Τα μαγνητικά αποτελέσματα του ρεύματος στο σίδηρο ή στο χάλυβα μόλις είχαν ανακαλυφθεί εκείνη την εποχή από τον François Arago και τον Humphry Davy. Κάνοντας πολυάριθμα πειράματα για το μαγνητισμό διαφόρων μετάλλων, παρατήρησε την ανώμαλη συμπεριφορά του μαγνητισμένου κόκκινου καυτού σιδήρου, που τελικά οδήγησε στο φαινόμενο που τώρα είναι γνωστό ως μαγνητική υστέρηση.

Ακόμη, ο Seebeck έκανε έρευνα για τη φωτοφωταύγεια, την εκπομπή φωτός από ορισμένα υλικά όταν διεγείρονται από το φως.

Στις 21 Απριλίου 1820, ο Δανός καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης Hans Christian Oersted διαπίστωσε τυχαία την εκτροπή μιας μαγνητικής βελόνας, όταν αυτή βρισκόταν κοντά σε μεταλλικό αγωγό που διαρρεόταν από ηλεκτρικό ρεύμα.

Ο Oersted έβγαλε το καθαρό συμπέρασμα ότι το ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί μαγνητικό πεδίο και το φαινόμενο το ονόμασε θερμοηλεκτρισμό. Τον Ιούλιο του 1820, ο Oersted ανακοίνωσε για πρώτη φορά την ύπαρξη του ηλεκτρομαγνητισμού.

Σχέδιο της πειραματικής διάταξης που χρησιμοποίησε ο Seebeck. 

Ο Seebeck μαθαίνοντας την ανακοίνωση του Oersted ενθουσιάστηκε (ο ενθουσιασμός του για κάθε νέα επιστημονική ανακάλυψη πρέπει να ήταν βασικό χαρακτηριστικό του), άφησε την ενασχόλησή του με την οπτική και από τις αρχές Αυγούστου 1820, ξεκίνησε να ασχολείται με τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό. Πειραματικά έψαχνε να βρει, αν  μπορούσε να υπάρχει  σχέση ανάμεσα στην ηλεκτρική ενέργεια και τη θερμότητα.

Στο πείραμά του ένωσε δύο σύρματα από ανόμοια μέταλλα, συγκεκριμένα ένα σύρμα χαλκού μ’ ένα σύρμα από βισμούθιο τα οποία σχημάτιζαν έναν ανοικτό βρόχο. Τότε ανακάλυψε τυχαία, ότι αν θέρμαινε τον ένα κόμβο (σημείο σύνδεσης των μετάλλων) σε υψηλή θερμοκρασία, ενώ διατηρούσε τον άλλο κόμβο σε χαμηλότερη θερμοκρασία, δημιουργείτο ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από το κύκλωμα.
Στις 14 Δεκεμβρίου 1820, σε συνεδρίαση της Πρωσικής Ακαδημίας Επιστημών στο Βερολίνο, ανακοίνωσε για πρώτη φορά ότι είχε παρατηρήσει την εκτροπή μιας μαγνητικής βελόνας, όταν αυτή βρισκόταν κοντά σε δύο σύρματα από ανόμοια μέταλλα που είχε συνδέσει τις άκρες τους, που βρίσκονταν σε διαφορετικές θερμοκρασίες. 
Βέβαια, ποτέ δεν ανέφερε, ούτε πίστευε, ότι παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα από το πείραμα που είχε εκτελέσει. Για να περιγράψει την ανακάλυψή του, χρησιμοποίησε τον όρο θερμομαγνητικά ρεύματα ή θερμομαγνητισμό σε ανακοίνωσή του στην Ακαδημία στις 16 Αυγούστου 1821.

Ένα σχέδιο όπου εξηγείται το φαινόμενο Seebek (a)
και το spin του φαινομένου Seebek.

Τα επόμενα δύο χρόνια, ο Seebeck ενημέρωνε με συνεχείς παρουσιάσεις την Ακαδημία Επιστημών του Βερολίνου (18 και 25 Οκτωβρίου 1821, 22 Φεβρουαρίου 1822) για τα αποτελέσματα των πειραμάτων του. Εκεί είχε καταγράψει την παρατήρηση για  "την μαγνητική πόλωση των μετάλλων και των μεταλλευμάτων που δημιουργείται από τη διαφορά θερμοκρασίας".
Η θεωρία του Seebeck με λίγα λόγια ήταν η εξής: η διαφορά της θερμοκρασίας προκαλεί την άμεση μαγνήτιση των μετάλλων και το νέο μαγνητισμένο μέταλλο δημιουργεί γύρω του ένα μαγνητικό πεδίο που επηρεάζει την μαγνητική βελόνα που φέρνουμε κοντά και την κάνει να εκτρέπεται. Δεν έκανε καθόλου αναφορά σε ηλεκτρικό ρεύμα.
Συνεχίζοντας ο Seebeck τα πειράματά του, συγκόλλησε στις άκρες τους μια ράβδο από αντιμόνιο με μια ράβδο από βισμούθιο. Όταν η μία άκρη θερμαινόταν, μια μαγνητική βελόνα που βρισκόταν κοντά εκτρεπόταν από το βισμούθιο προς το αντιμόνιο. Όταν η συγκολλημένη άκρη ψυχόταν, τότε η μαγνητική βελόνα εκτρεπόταν σε αντίθετη κατεύθυνση. Παρατήρησε, ότι ο συνδυασμός αντιμόνιο με βισμούθιο έδινε την μεγαλύτερη ηλεκτρομαγνητική δύναμη. 

Παρατήρησε ακόμη, ότι η απόκλιση της βελόνας είναι ανάλογη της διαφοράς θερμοκρασίας ανάμεσα στα δύο μέταλλα και ότι η ένταση του μαγνητικού πεδίου μεταβάλλεται για διαφορετικά ζεύγη μετάλλων στην ίδια θερμοκρασιακή διαφορά.

Το 1823 ο Seebeck δημοσίευσε τα ευρήματά του για τον θερμομαγνητισμό σε εργασία με τίτλο "Magnetische Pοlarisation der Matalle und Erze durch Temperatur-Differenz” (“Μαγνητική πόλωση μετάλλου και μεταλλευμάτων από τη διαφορά θερμοκρασίας”), Abhandlungen der Preussischen Akad, Wissenschaften , σελ. 265-373".

(Από Powder TechLab University of Cyprus)

Ο Seebeck πίστευε ότι η θερμοκρασιακή διαφορά προκαλεί μαγνητικό πεδίο, αρνούμενος την ηλεκτρική φύση του φαινομένου, σύντομα όμως διευκρινίστηκε από τον Hans Oersted, ότι η θερμοκρασιακή διαφορά προκαλεί ηλεκτρική τάση, η οποία σε ένα κλειστό κύκλωμα παράγει ρεύμα ανάλογο της θερμοκρασιακής διαφοράς. Το ρεύμα αυτό δημιουργεί από επαγωγή το μαγνητικό πεδίο. 

Ο Seebeck πιστώνεται με την ανακάλυψη του θερμοηλεκτρικού φαινόμενου, αλλά στηριζόμενος στην ανακάλυψή του κατέληξε στο λανθασμένο συμπέρασμα, ότι το μαγνητικό πεδίο της Γης δημιουργήθηκε από τις διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ των δύο πόλων και του ισημερινού.

Το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε θερμοστοιχεία για την μέτρηση της θερμοκρασίας. 

Το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο μέχρι το 1950 είχε λάβει μικρή προσοχή από την επιστημονική κοινότητα. Τις τελευταίες δεκαετίες και με την σύνθεση νέων υλικών, έχει επανέλθει δυναμικά στο προσκήνιο. Τα θερμοηλεκτρικά στοιχεία είναι σε θέση να  παράγουν ηλεκτρική ενέργεια όταν βρεθούν σε θερμοκρασιακή διαφορά γεγονός που  μπορεί να βρει εφαρμογές σε διάφορους τομείς.

Θερμοηλεκτρικό στοιχείο.

Το φαινόμενο Seebeck περιγράφεται από την εξίσωση ΔV = S_AB.(Τ_h - Τ_c), όπου ΔV η διαφορά τάσης που δημιουργείται ανάμεσα στους ακροδέκτες ενός ανοικτού κυκλώματος που αποτελείται από δύο διαφορετικά μέταλλα Α και Β των οποίων οι δύο συνδέσεις διατηρούνται σε διαφορετικές θερμοκρασίες Τ_h (υψηλότερη) και Τ_c (χαμηλότερη). Το S_AB είναι ένας συντελεστής αναλογίας και ονομάζεται διαφορικός συντελεστής Seebeck.

Το 1823 ο Seebeck έφτιαξε μια μεγάλη γαλβανική μπαταρία. Ακόμη σχεδίασε θερμοστοιχεία, που τα χρησιμοποίησε για την μέτρηση της θερμοκρασίας, κατασκεύασε ένα polariscope (συσκευή μέτρησης πολωμένου φωτός), μελέτησε την ακτινοβολία θερμότητας και την στροφική ικανότητα διαλυμάτων ζάχαρης στο επίπεδο πολωμένο φως.

Έγινε μέλος της Ακαδημίας Επιστημών του Βερολίνου και της Γαλλικής Ακαδημίας Επιστημών το 1825. 

Το εξώφυλλο εργασίας του Thomas Seebeck
"Ueber den Magnetismus der galvanischen Kette".

Ο Thomas Seebeck, πέθανε στο Βερολίνο της Γερμανίας στις 10 Δεκεμβρίου 1831, σε ηλικία 61 ετών.

• Η βιογραφία (pdf) του Thomas Seebeck, από την Enn Velmre (Department of Electronics, Tallinn University of Technology).

• Βίντεο με την βιογραφία του Thomas Seebeck, από Reinaldo Adrian.

• Βίντεο για την ζωή του Thomas Seebeck, από το Γυμνάσιο του Ταλίν που αποφοίτησε (Gustav Adolfi Gümnaasium) (7:24, εσθονικά).

• Βίντεο για το φαινόμενο Seebeck (4:33, αγγλικά).

• Νανοτεχνολογία (pdf), έκδοση της Ευρωπαϊκής Επιτροπής στα ελληνικά.

Πηγή: Today in Science History,  ling.fju.edu