Termoelektriuurijate ja -rakendajate eliit kogunes Tallinnas

Leonid Temkin

Konverents oli pühendatud termoelektrinähtuse avastajale Thomas Johann Seebeckile. 21. – 24. maini toimus Tallinnas XV rahvusvaheline termoelektri temaatikale pühendatud foorum. Nende ürituste korraldaja on rahvusvaheline termoelektri akadeemia ja foorumeid korraldatakse iga kahe aasta tagant. Sel korral oli esindatud õpetlased ja insenerid 26 maalt. Eesti-poolne ürituse korraldaja oli Tallinna tehnikaülikooli Thomas Johann Seebecki elektroonikainstituut ja Tallinnas sündinud termoelektrinähtuse avastajale Seebeckile oli ka tänavune konverents pühendatud. Tallinnas sündinud saksa füüsikust Seebeckist on kirjutatud tagasihoidlikult, kuid tegemist on põneva ja tähelepanuväärse elulooga tegelasega. Vikipeedias on näiteks lugeda TTÜ professori Enn Velmre kirjutatud artikkel tema kohta. Thomas Johann sündis Tallinnas kaupmees Johann Christoph Seebecki perre (sünnimaja on tänapäevani alles aadressil Raekoja plats 4). Ema suri, kui ta oli viieaastane ja isa lahkus, kui Thomase kooli lõpetamiseni oli jäänud kaks aastat. Sel moel sattus Thomas Seebeck omaaegsete self-made man’ide ritta. Raske ja probleemirohke lapsepõlv võib inimese kas murda või teda karastada. Seebeck karastus. Võimalik, et just väljakujunenud tugev iseloom ning paigas maailmapilt olid need, miks Seebeck sõbrunes Saksamaal Hegeli, Goethe, Schilleri ja paljude teistega.

Lõpetanud 1788. aastal Tallinna gümnaasiumi (nüüdne Gustav Adolfi gümnaasium) läks ta Berliini õppima arstiteadust. Peale meditsiini õppis ta juurde botaanikat, füsioloogiat ja keemiat. Aasta pärast jätkas ta meditsiiniõpingutega Göttingeni ülikoolis ja hakkas kuulama Georg Lichtenbergi füüsikaloenguid. Lõpetanud küll ülikooli tohtrina, tundis ta suuremat huvi füüsika vastu ning asus elama Bayreuthi, kus lootis oma käel füüsikaküsimustega tegelema hakata. 1795. aastal abiellus Seebeck oma sealse majaomaniku tütre Julia Amalia Ulrikaga. Seebecki perre sündis kaheksa last, kuus poega ja kaks tütart ning teadustegevuse kõrval ei olnud miski inimlik talle võõras. Samal ajal panustas ta füüsikateaduslikesse uuringutesse.

1802. aastal sai Seebeckist Göttingeni ülikooli meditsiinidoktor ja edasi tegutses ta füüsikauuringute alal Jena ülikoolis. Tema uurimused pälvisid sageli kolleegide tunnustuse ning 1812. aastal valiti Seebeck Berliinis paikneva teaduste akadeemia kirjavahetajaliikmeks oma uurimuste eest magnetismi valdkonnas.

1812. aastal kolis pere Nürnbergi. 1813. aastal tegi Seebeck olulise avastuse optika ja fotoelastsuse valdkonnas. Üle pooleteist sajandi hiljem hakkab fotoelastsuse teemaga süvitsi tegelema üks teine Tallinnas sündinud õpetlane, Hillar Aben. Abeni kirjutatud on ka hea ülevaateartikkel Seebecki rollist fotoelastsuse nähtuse avastamisel ja kirjeldamisel. (On the role of T. J. Seebeck in the discovery of the photoelastic effect in glass, Proc. Estonian Acad. Sci. Eng., 2007, 13, 4, 283–294.) Novembris 1818 valiti Seebeck akadeemia täisliikmeks ja ta asus elama Berliini (1825. aastal aga valiti ta Pariisi teaduste akadeemia liikmeks).

Seebecki huvid füüsikas ei piirdunud magnetismi ja optikaga, vaid ta tegeles ka akustika ja soojusnähtustega. (Seebeck uuris ka akustika vallas heli tekitava keha liikumise mõju heli kõrgusele. Austria füüsik Christian Doppler esitas asjakohase nähtuse, mida teame Doppleri efektina, teooria ja kirjelduse aastaid hiljem. Toim) Seebeck mõistis selgelt, et mitmesugused füüsikanähtused on lihtsalt osa tervikust ja seega omavahel tugevalt seotud.

1821. aastal avastas Seebeck termoelektrilise efekti, mis nüüd kannabki tema nime. 1822. aastal avaldas ta Preisi teaduste akadeemia toimetistes asjakohase artikli „Mõningates maakides ja metallides temperatuuride erinevuste tõttu tekkiva magnetpolarisatsiooni küsimusi”. Efekt seisneb aga tõsiasjas, et kahe elektrit juhtiva, aga erineva füüsikalise loomusega metalli kokkupuutepinna kuumutamisel kujuneb välja elektriline potentsiaal, pinge, mis on suuteline tekitama ka elektrivoolu. Seda efekti saab kasutada ja kasutatakse ka soojusest vahetult elektri saamiseks (termoeletrogeneraatorites) ja ka temperatuuri mõõtmiseks termopaaride abil.

1834. aastal avastas Prantsuse füüsik Jean Peltier Seebecki kirjeldatud pöördefekti. Peltier’ efekt seisneb selles, et kahe erineva elektrijuhi kontaktist elektrivoolu läbijuhtimisel neelab üks materjalidest soojust ning teisest see eraldub.

Mind on ikka köitnud küsimus, kas seda laadi avastused, nagu näiteks Seebecki oma, on juhuslikku laadi? Termoelektrinähtused ja seotud tehnikad on pea 200 aastat pärast avastamist jätkuvalt aktuaalsed ja uued materjalid võimaldavad seda nähtust aina tõhusamalt kasutada näiteks energiatehnikas. Seebeck oli uudishimulik, sihikindel ja tugeva iseloomuga tegelane ning ilmselt ka tema laialdased huvid olid need, mis viisid ta selle avastuseni. Aga mitte ainult. Arvan ka, et tulemuslik teadlane peab olema romantik. Muidugi peab olema korralik haridus – klassikaline laiahaardeline ülikooliharidus.

Tagasi konverentsi juurde

Kuigi hilisemaid kokkupuuteid Seebeckil Tallinna ja Eestiga ei olnud, mainiti siiski konverentsil, et näiteks Tallinna majakas on üks esimesi maailmas, kus valgusti jaoks vajalik vool toodeti termoelektriliste elementidega.

Oma ettevalmistuselt olen ma matemaatik ja tegelnud mitmesuguste füüsikaprobleemidega, ka madalate temperatuuride füüsika ja muu sellisega. 15 aasta eest avastasin enda jaoks termoelektrilised nähtused ja tehnikad kui ökoloogiliselt puhta jahutamise viisi, sest termoelektrilistel elementidel pole jahutusvedelikku, nagu näiteks on see meil tänapäeval levinud külmkappides. Ühest lahendusest, suures ulatuses temperatuuri muutvast ja hoidvast termostaatseadmest – mille olen konstrueerinud ja ehitanud ja mis on ka praegu tehnikaülikoolis kasutuses –, tegin konverentsil ka ettekande.

Seebeck oli samuti üksiktegutseja, toonase teaduse standard oli selline. Mulle meenub 40 aasta tagune juhtum ühest suurest Nõukogude uurimisinstituudist, kus töötas 2500 teadlast, 50 neist teaduste doktorid. Tegemist oli instituudi teadusnõukogu koosolekuga, kus arutati ja hinnati instituudi teadussaavutusi. Need olid vaieldamatult kaalukad, kuid siiski juhtus nii, et keegi selle instituudi teadusnõukogu liikmeist poetas repliigi: „Ühest Faradayst on rohkem kasu olnud kui kogu meie instituudist!”

Nii Seebecki kui ka Peltier’ efekti kasutavate tehnikate edasise uurimise ja nende rakenduste loomisega tegeleb tänapäevalgi suur hulk inimesi. Konverentsil toodi välja, et neid organisatsioone on 620. Üksikuurijaid või -leiutajaid on selles vallas vähe, kui üldse. Edenemise eeldus on ulatuslik koostöö, ja seda mitte ainult teadlaste ja inseneride, vaid kindlasti ka ärijuhtide ja ettevõtetega. Konverentsil osales ka mitmeid suuri ja mõjukaid ettevõtteid, sest vaatamata oma 200aastasele eale on Seebecki avastus jäkuvalt aktuaalne ja pakub huvi innovaatiliste toodete loomisel.

Varem vaid paiguti tehnilist rakendust leidnud termoelektrilised nähtused, mis on olnud pikka aega kasutusel teadusaparatuuris ja mõõtmisseadmetes, on nüüd jõudnud olmesse ja tööstusse. Termoelektriliste seadmete koidik küll kumab, aga päike ei ole veel tõusnud. Juba võib endale osta, lõkkest või matkapriimusest telefoni ja arvuteid laadivaid seadmeid, kuid ulatuslikult jääksoojust veel elektrienergiaks ei muundata. Poest saab osta ka kompaktseid külmikuid autodesse ja jahtidele, kus soojust just termoelektrilise nähtuse abil jahutuskastist välja pumbatakse.

Läbimurdeks on vaja uusi pooljuhtmaterjale ja konverentsil kirjeldatigi nende otsinguid. Nüüdisajal otsitakse teid, mil moel paremini ja suurema kasuteguriga muuta päikesevalgust elektrivooluks ning samal moel otsitakse ka paremaid viise soojusmasinates tekkiva jääksoojuse tõhusamaks elektrivooluks muutmiseks.

Ühed huvitavamad konverentsiettekanded olidki seotud automootorites tekkiva jääksoojuse muundamisega elektrivooluks. Automootor vajab jahutamist niikuinii ja kui mootori soojusvoogu juhtida eemale termoelementide kaudu, võib see osutuda märkimisväärseks energiaallikaks, seda enam et nüüdisaegsetes sõidukites on märkimisväärne elektritarve. Seda laadi uuringute tellijad ja toetajad on maailma suurimad autotootjad.

Ookeanites on vesi kihistunud ning tempertuuride erinevused kihtide vahel on piisavad, et kaaluda võimalust vee temperatuuride erinevuse arvelt elektrivoolu muundada. Väikese ökoloogilise jalajäljega energeetika, nt ka külmatehnika jaoks (milles kasutatakse jätkuvalt kliimaohtlikke freoone) on termoelektrilised seadmed hea alustugi. Neil teemadel peeti konverentsil ulatuslikke arutelusid ja tõdeti, et soojuselektrilised seadmed on vaieldamatult möödapääsmatu suund rohelise majanduse jaoks.

Sedapuhku anti rahvusvahelise termoelektrinähtuste akadeemia peaauhind nüüd Mehhikos töötavale Harkivist pärit professorile Juri Gurevitšile. Muu hulgas on tegemist ka vene luule asjatundjaga ning vaieldamatu autoriteediga teaduses. Akadeemiapoolne tänu sai osaks ka konverentsi korraldajatele TTÜ Seebecki elektroonikainstituudist – Mart Minile, Toomas Rangile, Enn Velmrele, Ants Koelile, Peeter Ellerveele ja Eva Keerovile.

2015. aasta XVI foorum toimub aga Suurbritannias ning on pühendatud William Thomsonile (lord Kelvin). Sellele järgneva foorumi võtmeisikuks võib arvata Jean Peltier’ ja konverentsi toimumiskohaks saab seega Prantsusmaa.

Konverentsil avati ka Aime Kuulbuschi kavandatud Seebecki mälestussammas Tallinna tehnikaülikooli kampuses Mustamäel. Monument on valmistatud Ukrainas, Tšernivtsi linnas. 44 eraisikut ja mitu termoelektri teemaga seotud ettevõtet ühtekokku 16 riigist tegid annetusi, et see monument saaks püstitatud. 10. detsembril 1831 Berliinis surnud Seebecki sünnikodul Raekoja plats 4 on samuti mälestustahvel. Ka tehnikaülikooli üliõpilased teavad, et nad õpivad Seebecki järgi nimetatud elektroonikainstituudis.

Konverents on lõppenud, kuid sellest jääb nähtav kultuuriline jälg Seebecki monumendina, nagu loodetavalt ka kuhjaga mõtteid, kuidas termoelektrinähtuste uurimise ja rakendamisega edasi tegelda.