Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia – DEGGE
TERMODINÂMICA APLICADA
Trabalho Prático nº 3: Termopar de cobre-constantan, calibração e análise do seu
funcionamento.
Introdução:
O efeito em que se baseia o funcionamento dos termopares, designado por efeito de Seebeck,
é um dos fenómenos designados por efeitos termoeléctricos, observados em materiais
condutores e semicondutores e que resultam do facto de o transporte de carga e de calor ser
maioritariamente feito pelas mesmas partículas – os electrões.
Quando dois materiais condutores diferentes são postos em contacto, devido à diferença de
concentrações de electrões de condução, surge uma difusão de electrões do material com
concentração mais elevada para o material com concentração mais baixa. O equilíbrio, que
ocorre quando as concentrações de cada um dos lados da junção são idênticas, corresponde ao
aparecimento de um campo eléctrico na zona da junção.
O funcionamento do um termopar como sensor de temperatura, baseia-se no facto de na zona
de contacto (junção) entre dois materiais condutores ou semicondutores se estabelecer, no
equilíbrio, um campo eléctrico, que é função da temperatura.
Para dois materiais condutores diferentes ligados entre si de forma a constituir duas junções,
pode verificar-se que se as junções estiverem à mesma temperatura não aparecerá nenhuma
diferença de potencial eléctrico entre as duas extremidades abertas, devido ao facto dos
campos eléctricos estabelecidos em cada uma das junções serem iguais e simétricos. Pelo
contrário, quando as temperaturas das junções forem diferente, aparece uma diferença de
potencial que é aproximadamente proporcional à diferença de temperatura das duas junções.
A medição da temperatura utilizando um termopar é efectuada por determinação da diferença
de potencial gerada, devido à diferença de temperatura entre a temperatura que se pretende
medir e uma temperatura de referência. Em metais, esta diferença de potencial é da ordem de
grandeza das dezenas de microvolt para uma diferença de temperatura entre junções de um
grau.
Objectivo:
Neste trabalho pretende-se fazer a calibração de um termopar, na gama de temperaturas entre
20º e 90ºC.
Realização Experimental
Material: Termopar de cobre-constantan, gobelet, termos, termómetro digital, placa de
aquecimento, amplificador de tensão de ganho 2000, multímetro, fonte de tensão e fios de
ligação, e gelo.
Procedimento:
a) Coloque uma das junções do termopar em gelo fundente e a outra junção no gobelet com
água, juntamente com o termómetro digital (tenha atenção para estes não tocarem no fundo do
gobelet). Estabeleça o circuito para medição da diferença de potencial entre as junções
utilizando o amplificador de ganho 2000 fornecido e o voltímetro. Meça a diferença de
potencial quando a água no gobelet está à temperatura ambiente.
b) Ligue a placa eléctrica para aquecer lentamente a água e registe os valores de temperatura
indicados pelo termómetro e os correspondentes valores de tensão obtidos no circuito do
termopar, em intervalos de aproximadamente 5ºC, até atingir a temperatura de 90ºC.
c) Registe igualmente os dois parâmetros (temperatura e diferença de potencial) na descida da
temperatura da água.
Análise dos resultados
1. Faça o gráfico da variação da diferença de potencial (∆V=V-V0) com a variação da
temperatura (∆T=T-T0), utilizando unidades S.I.
2. Estabeleça a calibração do termopar e compare com o valor tabelado
(termopar cobre-constantan, na gama de temperaturas 20º-90ºC: 42.8 µV/ºC)
3. Comente a utilidade de um termopar como sensor de temperatura.