Che cos'è una termocoppia e come funziona

Le termocoppie esistono a causa di un fenomeno come la differenza di potenziale di contatto. Se due conduttori solidi o semiconduttori diversi vengono portati in stretto contatto tra loro, allora si formano cariche elettriche separate in prossimità del luogo del loro contatto. In questo caso, alle estremità esterne di questi conduttori si verificherà una differenza potenziale. Questa differenza potenziale sarà uguale alla differenza nella funzione di lavoro per ciascun metallo diviso per la carica dell'elettrone

È chiaro che se chiudi una tale coppia in un anello, l'EMF risultante sarà zero, ma se da un lato è ancora lasciato aperto, allora ci sarà un EMF reale, che va dai decimi di volt alle unità di volt, a seconda di cosa questo è per i materiali.

Naturalmente, non è possibile misurare la differenza di potenziale di contatto con un voltmetro, tuttavia, si manifesterà sulla caratteristica corrente-tensione, ad esempio, si manifesterà in un transistor e nel diodo sulla giunzione p-n.

La linea di fondo è che quando, ad esempio, due metalli entrano in contatto, il sistema esce dall'equilibrio perché i potenziali chimici di questi due metalli non sono uguali tra loro, di conseguenza, gli elettroni si diffondono nella direzione di diminuire la loro energia, che a sua volta porta a un cambiamento di carica e potenziale elettrico dei metalli a contatto. Quindi, nella regione a contatto ravvicinato, inizia la crescita del campo elettrico e, di conseguenza, abbiamo ciò che abbiamo.

Se ora consideriamo di nuovo questi due conduttori di metalli diversi, chiusi solo in un anello, quando l'emf totale nel circuito chiuso diventa zero, allora otteniamo due punti di contatto. Chiameremo questi luoghi giunzioni.

Quindi, ci sono due incroci di due conduttori diversi. Cosa succede se si tenta di riscaldare una delle giunzioni e lasciare la seconda a temperatura ambiente? Ovviamente, poiché i metalli collegati sono diversi e esiste una differenza di potenziale di contatto in ciascun giunto, le giunzioni subiranno deviazioni EMF diverse a temperature diverse.

L'esperimento dimostra che la differenza potenziale tra le giunzioni sarà proporzionale alla differenza nelle loro temperature, in modo da poter inserire il coefficiente di proporzionalità, che si chiama termo-EMF. Per diverse termocoppie, il termo-EMF sarà diverso.

Se la tensione viene misurata nel contesto di un tale anello, in un certo intervallo di temperature sarà quasi strettamente proporzionale alla differenza di temperatura delle giunzioni. E anche se si lascia solo una giunzione (come nella figura), si riscalda e si misura la tensione tra due estremità situata alla stessa temperatura ambiente, è ancora possibile trovare una dipendenza molto chiara dell'EMF dalla temperatura attuale della giunzione. Ecco come funzionano le termocoppie.

Il fenomeno descritto si riferisce al termoelettrico e l'effetto stesso, sulla base del quale funzionano tutte le termocoppie, è chiamato Effetto Seebeck, in onore del suo scopritore - Thomas Seebeck. Oggi puoi trovare termocoppie industriali, in cui, a seconda dell'intervallo di temperatura misurato richiesto, gli elettrodi sono realizzati con leghe appositamente selezionate.

Ad esempio, le termocoppie realizzate con leghe di cromo e allume hanno un coefficiente termo-emf di 40 microvolt per ° C e sono progettate per misurare temperature nell'intervallo da 0 a + 1100 ° C. Una coppia di rame-costantano, così popolare come strumento dimostrativo, consente di misurare temperature da -185 a + 300 ° C.

Il suo termo-EMF dipende fortemente dalla specifica differenza di temperatura, quindi, per valutare i suoi parametri, è conveniente utilizzare la tabella, ad esempio, a una temperatura di giunzione fredda di 0 ° C, con una differenza di temperatura di 100 gradi, la differenza di potenziale della coppia rame-costante sarà di circa 4,25 mV.