Termoeletricidade: Entendendo Termopares e Efeito Seebeck

Peças e Materiais

• Comprimento de fio de cobre nu (não isolado)
• Comprimento de fio de ferro nu (ou alumínio se indisponível)
• Vela
• Cubos de gelo

Referências Cruzadas

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Capítulo 9: "Electrical Instrumentation Signals"

Objetivos de Aprendizado

• Ilustrar como termopar funciona e seu propósito prático.

Diagrama Esquemático

Ilustração

Instruções do Experimento

1. Torça uma extremidade do fio de ferro a uma extremidade do fio de cobre. Conecte extremidades livres a barra de terminais. Configure voltímetro para sua faixa mais sensível e conecte aos terminais da barra. Medidor deve ler tensão quase zero.

2. Esta montagem é um termopar, dispositivo que gera tensão proporcional à diferença de temperatura entre sua junção (ponta torcida) e pontos de referência na barra. Quando temperatura da ponta iguala a da barra, tensão é zero.

3. Acenda vela e insira ponta torcida na chama. Observe voltímetro: tensão positiva deve aparecer. Remova ponta, deixe esfriar, e confirme tensão retorna a near zero.

4. Toque ponta em cubo de gelo. Registre tensão; note se é maior ou menor que leitura da chama e se sua polaridade inverte. Então aqueça ponta segurando entre dedos e observe tendência de tensão rumo a zero.

5. Experimento demonstra o efeito Seebeck — geração de tensão devido a gradiente de temperatura ao longo de condutor. Termopares alavancam este princípio; tensão medida é diferença entre tensões Seebeck dos dois metais dissimilares.

Fundamento Científico

Termopar consiste de dois metais diferentes unidos em uma extremidade. Quando junção experimenta diferença de temperatura relativa às outras extremidades, cada metal desenvolve sua própria tensão Seebeck. Tensão medida é diferença entre estas duas tensões:

Como relação entre diferença de temperatura e tensão é repetível e largamente linear, termopares são amplamente usados como sensores de temperatura confiáveis. Selecionando diferentes pares de metais, pode-se adaptar faixa de temperatura mensurável.