определения концентрации носителей тока, их эффективной массы и функции распределения здесь необходимо привлечение более точных представлений зонной теории, и в каждом конкретном случае такая задача существенно связана со спецификой полупроводникового материала. Более того, в полупроводниках может изменяться и сам характер проводимости, т. е. знак носителей тока, поскольку дырочная электропроводность ассоциируется с представлением о частицах, несущих положительный заряд. Это приводит, в частности, к инверсии знака диффузионной разности потенциалов и делает выгодным соединение в термопаре двух полупроводников с различной проводимостью: электронной и дырочной. Таким образом достигается еще большее увеличение термо-э.д.с. в полупроводниковых термобатареях.

Величина неравновесных изменений функции распределения (а следовательно, и величина термоэлектрических эффектов) зависит от относительной величины факторов (поле, термическая неоднородность), вызывающих отклонение от равновесия, и механизма, способствующего его восстановлению. Этот последний обусловлен взаимодействием носителей тока с колебаниями решетки кристалла, по которому они движутся.

Со времен Зоммерфельда обычно считают, что статистика этих колебаний не отличается от равновесной и исходя из этого, оценивают величину неравновесной поправки к электронной функции распределения. Общая схема такого расчета изложена в монографии Гуревича [3]. Им же было показано [12], что в более точном варианте теории приходится все же принимать во внимание и неравновесность фононной функции распределения, созданную температурной неоднородностью, так как влияние этого фактора («эффект увлечения») в ряде случаев оказывается сравнимым с основным эффектом.

Современное состояние теории, а также перспективы ее дальнейшего развития подробно освещаются в обзоре Самой-ловича и Коренблита [11]. Систематическое и доступное изложение вопросов, связанных с историей термоэлектричества, а также современным состоянием эксперимента и теории, содержится в трудах академика А. Ф. Иоффе [13, 14, 15], с именем которого связаны многочисленные исследования этой области физики.

§ 2. О практическом применении термоэлектричества

Металлические термопары издавна нашли себе широкое применение в термометрии и в настоящее время как теория, так и методика их использования разработаны достаточно полно.

Не новой является также и идея применения термобатарей с целью непосредственного превращения тепловой энергии в электрическую и электрической в тепловую без помощи машин и механизмов. Однако реальные возможности для воплощения этой идеи в жизнь появились сравнительно недавно.

Толчком для развития этой области энергетики послужил переход от металлических термопар к полупроводниковым. Резкое увеличение термоэлектрических эффектов, наряду с уменьшением теплопроводности, оказало решающее влияние на эффективность процесса, увеличив ее на несколько порядков.

Правда, и после этого термоэлектрические холодильники и генераторы постоянного тока не стали опасными конкурентами мощных тепловых насосов и теплоцентралей, но зато оказались незаменимыми в тех случаях, когда основными техническими требованиями являются малогабаритность, портативность и простота конструкции. Заслуженное признание получили всевозможные микрохолодильники, используемые в радиотехнике, медицине, приборостроении и т. п. Широкую известность приобрели также портативные генераторы, утилизирующие тепловые отходы. Производство таких генераторов, монтирующихся в виде абажура к керосиновой лампе и питающих током радиоприемник, было освоено нашей промышленностью несколько лет назад. К сожалению, эта богатая возможностями идея не получила еще должного развития, хотя очевидно, что точно так же может быть использовано для превращения в электроэнергию любое бросовое тепло и в любых количествах.

Относительно мало используются в настоящее время и возможности термоэлектрического подогрева. Между тем очевидно, что применение термобатарей отопления в тех случаях, когда температурный перепад невелик, могло бы дать значительную экономию по сравнению с обычным электрическим подогревом, использующим тепло Джоуля. Такие

батареи уже в настоящее время могли бы найти себе применение в биологии, медицине, сельском хозяйстве и других областях.

Особое внимание в последние два года привлекает к себе возможность прямого преобразования тепловой мощности атомных реакторов в электроэнергию. Отсутствие каких-либо механизмов, нуждающихся в смене или ремонте, а также отходов, способных вызвать радиоактивное заражение местности, оказывается в этом случае важным достоинством термоэлектрических генераторов.

Следует, однако, отметить, что серьезным конкурентом термобатарей в этой области является термоионный преобразователь энергии. Этот вид генератора привлек к себе внимание многочисленных исследователей [16] относительно недавно, поэтому его изучение находится еще в начальной стадии [17], В литературе термоионный преобразователь часто называют плазменной термопарой, хотя в области низких давлений, представляющей наибольший экономический интерес, процесс, происходящий в термоионном преобразователе, имеет весьма мало общего с термоэлектрическим и скорее может быть отождествлен с работой обычного диода. Последнее обстоятельство делает неуместным подробный анализ этого процесса в рамках настоящего исследования. Однако в связи с широким обсуждением сравнительных достоинств термоионных и термоэлектрических батарей, которое имело место в литературе, а также на Конференции по непосредственному превращению ядерной энергии в Питсбурге [18] (1960 г.), полезно указать здесь на некоторые специфические преимущества и недостатки термоионного преобразователя.

Электродвижущая сила термоионного генератора, в отличие от термо-э.д.с, обязана своим происхождением контактной разности потенциалов, которая может быть весьма большой даже на границе двух металлов. Кроме того, в термоионном преобразователе удается избежать значительной части тепловых потерь, связанных с эффектом Джоуля и теплопроводностью, так как положительная ветвь такой «термопары» заменена плазмой, в которой электрическое соединение в основном осуществляется эмиссионными электронами. Благодаря этим преимуществам, к,п.д. плазменной термопары оказывается в 2-3 раза больше, чем термоэлектрической, и может по теоретическим оценкам достигать 20-30%. Однако