O que é um termopar e como ele funciona

Os termopares existem devido a um fenômeno como a diferença de potencial de contato. Se dois condutores sólidos ou semicondutores diferentes são colocados em contato próximo, cargas elétricas separadas são formadas nas proximidades do local do contato. Nesse caso, nas extremidades externas desses condutores, ocorrerá uma diferença de potencial. Essa diferença de potencial será igual à diferença na função de trabalho para cada metal dividido pela carga de elétrons

É claro que se você fechar um par desse tipo em um anel, o EMF resultante será zero, mas se, por um lado, ainda for deixado aberto, haverá um EMF real, variando de décimos de volt a unidades de volts, dependendo do que isto é para os materiais.

Obviamente, não é possível medir a diferença de potencial de contato com um voltímetro; no entanto, ele se manifesta na característica de corrente-tensão, por exemplo, ele se manifesta em um transistor e no diodo na junção p-n.

A conclusão é que quando, por exemplo, dois metais entram em contato, o sistema fica desequilibrado porque os potenciais químicos desses dois metais não são iguais entre si, como resultado, os elétrons se difundem na direção de diminuir sua energia, o que, por sua vez, leva a uma mudança de carga e potencial elétrico dos metais contatados. Assim, na região de quase contato, o crescimento do campo elétrico começa e, como resultado, temos o que temos.

Se agora considerarmos novamente esses dois condutores de metais diferentes, fechados apenas em um anel, quando a fem total de um circuito fechado se torna zero, obtemos dois pontos de contato. Vamos chamar esses locais de junções.

Portanto, existem duas junções de dois condutores diferentes. E se você tentar aquecer uma das junções e deixar a segunda à temperatura ambiente? Obviamente, como os metais conectados são diferentes e há uma diferença de potencial de contato em cada junta, as junções sofrerão diferentes desvios do CEM a diferentes temperaturas.

O experimento prova que a diferença de potencial entre as junções será proporcional à diferença de temperatura, para que você possa inserir o coeficiente de proporcionalidade, chamado termo-EMF. Para termopares diferentes, o termo-EMF será diferente.

Se a tensão é medida no contexto de um anel, então, em uma certa faixa de temperatura, será quase estritamente proporcional à diferença de temperatura das junções. E mesmo que você deixe apenas uma junção (como na figura), e apenas a aqueça, e meça a tensão entre duas extremidades localizadas na mesma temperatura ambiente, ainda é possível encontrar uma dependência muito clara do EMF da temperatura atual da junção. É assim que os termopares funcionam.

O fenômeno descrito refere-se ao termoelétrico, e o próprio efeito, com base no qual todos os termopares funcionam, é chamado Efeito Seebeck, em homenagem ao seu descobridor - Thomas Seebeck. Hoje você pode encontrar termopares industriais, nos quais, dependendo da faixa de temperatura medida necessária, os eletrodos são feitos de ligas especialmente selecionadas.

Por exemplo, termopares feitos de ligas de cromel e alumel têm um coeficiente termoemétrico de 40 microvolts por ° C e são projetados para medir temperaturas na faixa de 0 a + 1100 ° C. Um par de cobre-constantan, tão popular quanto uma ferramenta de demonstração, permite medir temperaturas de -185 a + 300 ° C.

Seu termo-EMF depende fortemente da diferença de temperatura específica; portanto, para avaliar seus parâmetros, é conveniente usar a tabela, por exemplo, a uma temperatura de junção fria de 0 ° C, a uma diferença de temperatura de 100 graus, a diferença de potencial do par de cobre-constantan será de aproximadamente 4,25 mV.