Термоелектрика: від Алессандро Вольта до Лук’яна Анатичука

Італійці вміють цінувати своїх геніїв. У цьому неважко переконатися в казково гарному містечку Комо біля Мілана. Тут колись працював Алессандро Вольта — той самий, ім’я котрого можна прочитати в кожному шкільному підручнику фізики, а перша літера його прізвища «V» красується на всіх електричних батарейках і багатьох приладах. У Комо є навіть Храм Вольта — пантеон, де зберігаються рукописи та прилади великого італійця. Більше того, засновано спеціальну наукову установу, що вивчає спадщину славетного фізика...

Яке ж було здивування мера й жителів Комо, коли з далекої України, знайомої тут лише за незліченними служницями, виховательками дітей і садівниками (до речі, їх поважають місцеві роботодавці за працьовитість, уміння красиво співати й доброзичливість) прийшло повідомлення: досягнення великого італійця ще вагоміші, ніж вважали його співвітчизники. Як стверджувалося в посланні з загадкового міста Чернівці, найбільше відкриття італійця було в тому, що це саме він, а не німецький учений Зеєбек, відкрив термоелектрику, якій пророкують грандіозні перспективи в найближчому майбутньому. І, мовляв, це не припущення, а факт, ретельно досліджений, документально обгрунтований історичними документами й до всього затверджений за поданням українців на черговому міжнародному форумі з термоелектрики...

На фізичних факультетах університетів світу студенти на лабораторних заняттях роблять так звану термопару — зварюють два металеві дроти з різних матеріалів, місце з’єднання нагрівають на спиртівці і прилад реєструє диво — на холодних кінцях дротів з’являється електрична напруга. Ось це і є прояв тієї самої термоелектрики, про яку в підручниках з фізики написано, що її відкрив Зеєбек 1821 року.

Можливо, ніхто й не засумнівався б у авторстві німецького дослідника. Втім, усе по порядку. Електричний струм, який виникає з допомогою термопари, настільки слабкий, що практичне застосування явища в енергетиці мало кого цікавило. Його використовували для виміру температур і для інших метричних цілей, але про застосування цього ефекту для створення електрогенератора, ніхто не замислювався всерйоз доти, поки в Ленінградському фізико-технічному інституті академік Абрам Іоффе не вирішив досліджувати це явище. Легендарний фізик — його 125-річчя незабаром відзначатимуть у Санкт-Петербурзі, де він трудився, і в Ромнах, де він народився й закінчив школу, — бачив у цьому явищі великі технічні перспективи. Це була остання любов відомого радянського фізика, його лебедина пісня...

І доля вже так розпорядилася, що в 50-ті роки в Чернівцях у місцевому університеті навчався на фізико-математичному факультеті Лук’ян Анатичук. На здібності неперевершеного експериментатора професори та студенти звернули увагу ще в університеті. Відомості про його досягнення докотилися до Ленінграда. Ленінградські фізики з Інституту напівпровідників навіть доручили студентові виготовити унікальну експериментальну установку. Із її допомогою вдалося виконати найцікавіші досліди. Не дивно, що тоді ж чернівецького вундеркінда направили на практику до міста на Неві.

Молодого дослідника зустрів патріарх радянської фізики Абрам Іоффе та, відклавши інші справи, проговорив із студентом дві години. Ця зустріч, розповідав пізніше друзям Лук’ян Іванович, визначила в його житті багато чого. Знаменитий фізик переконав молодого колегу віддати всі свої сили термоелектриці. І хоча Л.Анатичук досі про це й не думав (його захопленням із дитинства, предметом його безсонних ночей була мрія багатьох повоєнних хлопчиків — радіо), щось забриніло в його душі...

До того часу Лук’ян був типовим хлопчиком, котрий до нестями захоплювався технікою. Поколінню повоєнних дітей доля подарувала не лише злидні — біля сіл і міст наступаючі й відступаючі війська залишили безліч кинутої техніки. Хлопчики мимоволі ставали «технарями» — з кількох розбитих збирали один цілий мотоцикл або машину. Ледь дотягуючись до педалей, вони вже хоробро керували власними авто й носилися на них лісами й горами. Лук’ян тоді поставив рекорд школи — дістав права ще до повноліття.

Та що там машини! Він навчився збирати приймачі, розгадав хитромудрі схеми німецьких радіомайстрів, котрими щиро захоплювався. Ще в школі Лук’ян власноручно виготовляв першокласні магнітофони. Чого ж дивуватися, що школяр створив перший у Чернівцях телевізійний центр, який передавав кінофільми. У свої юні роки Лук’ян Іванович так далеко просунувся в розкритті таємниць радіотехніки й електроніки, що якось сама по собі склалася думка — своє майбутнє він зв’яже із сучасною електронікою. Проте зустріч з Абрамом Федоровичем змінила його устремління. Іоффе переконав його в тому, що за термоелектрикою — велике майбутнє, і талановита людина не прогадає, коли присвятить себе її вивченню. Ну а знання радіо, електроніки придадуться й тут...

Після цієї доленосної розмови Лук’ян Іванович уже не відволікався ані на що інше. Ну хіба тільки один раз під впливом свого друга-філософа, із котрим неодноразово сперечався до хрипоти про устрій Всесвіту, мало було не перейшов на філософський факультет — потягнуло до розуміння основ буття. На щастя, вважає сьогодні вчений, він вчасно опам’ятався, і фізику не кинув. Хоча схильність до аналітики залишилася.

Певне, ця риса допомогла йому в термоелектричному ефекті побачити те, на що не звернули увагу його славетні попередники. Л.Анатичук зрозумів: явище, яке дослідники досі пов’язували тільки з елементарною термопарою, лише один із цілого набору різноманітних ефектів. Теорія, створена вченим, дозволила намалювати щось на кшталт таблиці Менделєєва. Тільки цього разу не для хімічних елементів, а для різноманітних термоелектричних ефектів. Вона послужила точкою зростання для успішного розвитку досліджень термоелектрики в Чернівцях...

А тим часом у Ленінграді сталися події, які не сприяли подальшому процвітанню цього напряму в місті на Неві, — помер Іоффе. Інститут напівпровідників, де вивчали термоелектрику, був, на жаль, фактично ліквідований із причин, далеких від фізики. Зрозуміло, це не могло піти на користь справі.

Тим часом чернівецька наукова школа швидко набирала ваги й досвіду. У 70-ті роки в Чернівецькому університеті з’явилась організована Лук’яном Івановичем проблемна лабораторія, що енергійно розвивалася. Тут було відкрито закон термоелектричної індукції, а невдовзі з’явилися розробки та прилади такого рівня, який привернув до досягнень дослідників у Чернівцях увагу оборонного комплексу. Коли першу партію було виготовлено, черга замовників із найпотужніших і найвпливовіших радянських міністерств швидко зросла. Скромна університетська лабораторія стала затісною для робіт, виконуваних колективом професора Л.Анатичука. Невдовзі лабораторія виділилася в спеціальний центр «Фонон», який збудував свої корпуси з урахуванням подальшого розширення. Із набуттям Україною незалежності центр було перетворено на Інститут термоелектрики. Не дивно, що за такого розмаху робіт саме в цьому інституті вирішили дослідити питання: хто стояв біля витоків термоелектрики?

Ось де придалася та обставина, що А.Іоффе назбирав у Ленінградському фізико-технічному інституті дуже багато цінних книжок із фізики. Саме тут чернівецьким дослідникам вдалося ознайомитися з першими виданнями праць Вольта. У одному з його листів (Вольта писав про свої досліди другові) було знайдено опис цікавого явища — італієць брав дві склянки з водою й між ними розміщував препаровану жабу.

Досліджувати електрику тоді було нелегко — у Вольта не було навіть елементарного вольтметра (даруйте мимовільний каламбур), із допомогою якого можна було б виміряти різницю потенціалів. Тому маестро використовував препаровану жабу як індикатор слабких електричних сигналів. Тобто використовував як вольтметр фактично своєрідний «електричний стілець» для розіп’ятої жаби. І от, коли Вольта зробив дугу з заліза, розігрів один її кінець у киплячій воді, а потім опустив кінці дуги у дві склянки, він помітив, як бідолашна жаба почала смикатися.

Вольта записав: «Я побачив, як жаба скорочується доти, поки температура на кінцях дуги не вирівнюється». І вчений робить висновок: «Отже, йде струм!»

Більше того, він помічає ще більш тонке явище: «Іноді я бачив, як навіть без розігріву жаба скорочувалася. Я зрозумів, що мав неоднорідне залізо — перша частина чимось відрізнялася від другої...»

Звісно, зробив із цього висновок Лук’ян Іванович, саме Алессандро Вольта є першовідкривачем контактної різниці потенціалів. Саме це й є його найважливіше відкриття! Так у Чернівцях дійшли висновку: лаври першовідкривача Зеєбеку свого часу присуджено не зовсім справедливо.

Результати історичного дослідження було повідомлено на Міжнародному форумі з термоелектрики в Чернівцях. Там же прийнято рішення увічнити пам’ять Вольта та просити на його батьківщині в школі, де він навчався або в будинку, де він жив, встановити меморіальну дошку з написом: «Цим Міжнародна термоелектрична академія повідомляє — першовідкривачем термоелектрики є Алессандро Вольта»...

Через певний час в Італію на запрошення мера Комо на торжества з нагоди відкриття пам’ятної дошки про велике досягнення славнозвісного італійця прибув дійсний член Національної академії наук України, професор Лук’ян Анатичук. Зібралося багато вчених і журналістів, на відкритті були присутні мер міста й посол України в Італії.

А після цього Лук’ян Іванович майже годину розповідав шановній публіці про сучасний стан справ у дорогому його серцю науковому напрямі — термоелектриці, про те, що в далекій Україні явище, відкрите їхнім співвітчизником, серйозно розвинено — створено апарати, без яких у космосі не можна і кроку ступити. Більше того, із космосу ці апарати вже повернулися на землю й виконують тут безліч найважчих завдань. Нині їм пророкують блискуче майбутнє в облаштуванні дому ХХI століття, у звільненні нашої планети від екологічно брудних технологій, нарешті, у створенні набору пристроїв, готових ефективно та швидко допомогти людині під час безлічі важких захворювань.

Доповідь Л.Анатичука «Від Вольта до наноструктур» надихнула італійців і саме по собі виникло запитання: якщо їхній геніальний Вольта відкрив термоелектрику, так чому ж сьогодні, коли настав час збирати науковий врожай, Італія не значиться серед лідерів, котрі розвивають термоелектрику?..

Італійці звернулися до Лук’яна Івановича з проханням допомогти їм створити сучасну термоелектричну лабораторію разом із Міланським політехнічним інститутом. Компанія Пельтьє також запропонувала українському вченому допомогти організувати їм виробництво термоелектричних приладів на батьківщині першовідкривача. І на це прохання український учений відповів згодою.

P. S. Цікаво зазначити, що ані Інститут термоелектрики НАН України, ані його керівник, котрий є президентом (обраним уже вдруге!) Міжнародної академії термоелектрики, майже не відомі в самій Україні. Навіть у НАН України досягнення чернівецьких учених, так би мовити, не на слуху. Ця обставина послужила приводом для того, аби оглядач «ДТ» відправився до Чернівців з’ясувати, чим займаються й чого досягли вчені буковинської столиці. Про те, що він там побачив, читайте в одному з наступних номерів «ДТ».