وحدة بناء لتوليد الكهرباء من الحرارة سريع
الحرارة تحيط بنا في كل مكان: من أنبوب عادم السيارة إلى هيكل حاسوب محمول يعمل. يمكن للمواد الكهروحرارية أن تحول هذه الحرارة المهدورة إلى كهرباء. لكن للعثور على مواد فعالة حقًا بين مئات المركبات، يجب قياس معلمتين أساسيتين بسرعة ودقة: مدى جودة توصيل المادة للتيار الكهربائي، ومدى شدة توليدها لجهد كهربائي عند اختلاف درجات الحرارة (وهو ما يُعرف بمعامل زيبيك).
المنظومة الجديدة تحل هذه المسألة كسكين سويسري: جهاز واحد، وعدة وحدات قابلة للتركيب — وتُجرى جميع القياسات تلقائيًا دون إعادة ضبط التلامسات. تعمل بترتيب فان دير باو — وهي طريقة تُوصَّل فيها أربعة أسلاك رفيعة بالعينة من أطرافها، وتتيح قياس المقاومة بدقة عالية دون الاعتماد على شكل قطعة المادة. مدى درجات الحرارة من 25 إلى 600°م، أي من يوم صيفي حار إلى فرن متوهج بالحرارة.
يتحكم في المنظومة برنامج بلغة لابفيو — يشغّل التسخين تباعًا، ويقرأ القيم من فولتميترات رقمية، ويرسم الرسوم البيانية. وعند درجة حرارة الغرفة يمكن حتى قياس تأثير هول — أي معرفة كيفية حركة حاملات الشحنة في مجال مغناطيسي. كل شيء، عدا التوصيل الحراري، يُجمع في دورة واحدة. هذا «التركيب» من وحدات قابلة للتبديل يسهل تكييفه مع عينات مختلفة — من السيراميك الهش إلى الأغشية المرنة.
سُمي معامل زيبيك نسبة إلى توماس زيبيك، الذي لاحظ في عام 1821 أن إبرة البوصلة تنحرف إذا سُخِّن أحد الملحَمين لمعدنين مختلفين. ظن أنه اكتشف تأثيرًا مغناطيسيًا للحرارة، لكن في الحقيقة كان تيار كهربائي يسري في الدائرة.
في رواية «المريخي» للكاتب آندي وير، يستخدم رائد فضاء مولدًا كهروحراريًا نظائريًا ليدفئ نفسه في صحراء المريخ — وهذا الجهاز، الذي يحول حرارة اضمحلال البلوتونيوم مباشرة إلى كهرباء، يعمل بالمبادئ نفسها التي تقيسها هذه المنظومة.