¿Qué es un termopar y cómo funciona?

Los termopares existen debido a un fenómeno como la diferencia de potencial de contacto. Si dos conductores sólidos diferentes o semiconductores se ponen en contacto cercano entre sí, entonces se forman cargas eléctricas separadas en las proximidades del lugar de su contacto. En este caso, en los extremos externos de estos conductores se producirá una diferencia potencial. Esta diferencia potencial será igual a la diferencia en la función de trabajo para cada metal dividido por la carga de electrones

Está claro que si cierra un par de este tipo en un anillo, el EMF resultante será cero, pero si, por un lado, todavía se deja abierto, entonces habrá un EMF real, que va desde décimas de voltio hasta unidades de voltios, dependiendo de qué Esto es para los materiales.

Por supuesto, no es posible medir la diferencia de potencial de contacto con un voltímetro, sin embargo, se manifestará en la característica de corriente-voltaje, por ejemplo, se manifiesta en un transistor y en el diodo en la unión p-n.

La conclusión es que, por ejemplo, cuando dos metales entran en contacto, el sistema pierde el equilibrio porque los potenciales químicos de estos dos metales no son iguales entre sí, como resultado, los electrones se difunden en la dirección de disminuir su energía, lo que a su vez conduce a un cambio en la carga y potencial eléctrico de metales en contacto. Entonces, en la región de contacto cercano, comienza el crecimiento del campo eléctrico, y como resultado tenemos lo que tenemos.

Si ahora consideramos nuevamente estos dos conductores de metales diferentes, solo cerrados en un anillo, cuando la fem total en un circuito cerrado se vuelve cero, entonces obtenemos dos lugares de contacto. Llamaremos a estos lugares cruces.

Entonces, hay dos uniones de dos conductores diferentes. ¿Qué pasa si intentas calentar una de las uniones y dejar la segunda a temperatura ambiente? Obviamente, dado que los metales conectados son diferentes y hay una diferencia de potencial de contacto en cada junta, las uniones experimentarán diferentes desviaciones del EMF a diferentes temperaturas.

El experimento demuestra que la diferencia de potencial entre las uniones será proporcional a la diferencia en sus temperaturas, por lo que puede ingresar el coeficiente de proporcionalidad, que se llama termo-EMF. Para diferentes termopares, termo-EMF será diferente.

Si el voltaje se mide en el contexto de dicho anillo, en un cierto rango de temperatura resultará ser casi estrictamente proporcional a la diferencia de temperatura de las uniones. E incluso si deja solo una unión (como en la figura), y solo la calienta, y mide el voltaje entre dos extremos ubicados a la misma temperatura ambiente, aún puede encontrar una dependencia muy clara del EMF de la temperatura actual de la unión. Así es como funcionan los termopares.

El fenómeno descrito se refiere a la termoeléctrica, y el efecto en sí mismo, en base al cual funcionan todos los termopares, se llama Efecto Seebeck, en honor a su descubridor - Thomas Seebeck. Hoy puede encontrar termopares industriales, en los cuales, dependiendo del rango de temperatura medido requerido, los electrodos están hechos de aleaciones especialmente seleccionadas.

Por ejemplo, los termopares hechos de aleaciones de cromo y alumel tienen un coeficiente termo-fem de 40 microvoltios por ° C, y están diseñados para medir temperaturas en el rango de 0 a + 1100 ° C. Un par de cobre-constantan, tan popular como herramienta de demostración, le permite medir temperaturas de -185 a + 300 ° C.

Su termo-EMF depende en gran medida de la diferencia de temperatura específica, por lo tanto, para evaluar sus parámetros, es conveniente utilizar la tabla, por ejemplo, a una temperatura de unión fría de 0 ° C, a una diferencia de temperatura de 100 grados, la diferencia de potencial del par cobre-constantano será de aproximadamente 4.25 mV.