Termoelectricidad

PIEZAS Y MATERIALES

• Longitud del cable de cobre desnudo (sin aislamiento)
• Longitud del alambre de hierro desnudo (sin aislamiento)
• Vela
• Cubitos de hielo

El alambre de hierro se puede obtener en una ferretería. Si no se puede encontrar alguno, el alambre de aluminio también funciona.

REFERENCIAS CRUZADAS

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 1, capítulo 9:"Señales de instrumentación eléctrica" ​​

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Para ilustrar la función y el propósito del termopar

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

Tuerza un extremo del alambre de hierro junto con un extremo del alambre de cobre. Conecte los extremos libres de estos cables a los terminales respectivos en una regleta de terminales. Configure su voltímetro en su rango más sensible y conéctelo a los terminales donde se conectan los cables. El medidor debe indicar voltaje casi cero.

Lo que acaba de construir es un termopar :dispositivo que genera un pequeño voltaje proporcional a la diferencia de temperatura entre la punta y los puntos de conexión del medidor. Cuando la punta está a una temperatura igual a la regleta de terminales, no se producirá voltaje y, por lo tanto, no se verá ninguna indicación en el voltímetro.

Encienda una vela e inserte la punta de alambre retorcido en la llama. Debería notar una indicación en su voltímetro. Retire la punta del termopar de la llama y déjela enfriar hasta que la indicación del voltímetro sea casi cero nuevamente. Ahora, toque con la punta del termopar un cubo de hielo y observe el voltaje indicado por el medidor. ¿Es de mayor o menor magnitud que la indicación obtenida con la llama? ¿Cómo se compara la polaridad de este voltaje con el generado por la llama?

Después de tocar el cubo de hielo con la punta del termopar, caliéntelo sosteniéndolo entre los dedos. Puede tomar un poco de tiempo alcanzar la temperatura corporal, así que tenga paciencia mientras observa la indicación del voltímetro.

Un termopar es una aplicación del efecto Seebeck :la producción de un pequeño voltaje proporcional a un gradiente de temperatura a lo largo de un cable. Este voltaje depende de la magnitud de la diferencia de temperatura y del tipo de cable. Medir directamente el voltaje de Seebeck producido a lo largo de una longitud de cable continuo a partir de un gradiente de temperatura es bastante difícil, por lo que no se intentará en este experimento.

Los termopares, al estar hechos de dos metales diferentes unidos en un extremo, producen un voltaje proporcional a la temperatura de la unión. El gradiente de temperatura a lo largo de ambos cables resultante de una temperatura constante en la unión produce diferentes voltajes Seebeck a lo largo de las longitudes de esos cables, porque los cables están hechos de diferentes metales.

El voltaje resultante entre los dos extremos libres del cable es la diferencia entre los dos voltajes de Seebeck:

Los termopares se utilizan ampliamente como dispositivos sensores de temperatura porque la relación matemática entre la diferencia de temperatura y el voltaje resultante es repetible y bastante lineal. Al medir el voltaje, es posible inferir la temperatura. Son posibles diferentes rangos de medición de temperatura seleccionando diferentes pares de metales para unirlos.