3.10: Termoelectricidad
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- Longitud del alambre de cobre desnudo (sin aislamiento)
- Longitud del alambre de hierro desnudo (sin aislamiento)
- Vela
- Cubitos de hielo
El alambre de hierro se puede obtener de una ferretería. Si no se pueden encontrar algunos, el alambre de aluminio también funciona.
Referencias cruzadas
Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 1, capítulo 9: “Señales de Instrumentación Eléctrica”
Objetivos de aprendizaje
- Función y propósito del termopar
Diagrama esquemático
Ilustracion
INDICACIONES
Gire un extremo del alambre de hierro junto con un extremo del cable de cobre. Conecte los extremos libres de estos cables a los terminales respectivos en una regleta de terminales. Ajuste su voltímetro a su rango más sensible y conéctelo a los terminales donde se conectan los cables. El medidor debe indicar voltaje casi cero.
Lo que acabas de construir es un termopar: un 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.
Enciende una vela e inserta la punta de alambre retorcido en la llama. Deberías notar una indicación en tu voltímetro. Retire la punta del termopar de la llama y deje enfriar hasta que la indicación del voltímetro sea casi cero nuevamente. Ahora, toca la punta del termopar a un cubito de hielo y anota el voltaje que indica el medidor. ¿Es una magnitud mayor o menor que la indicación obtenida con la llama? ¿Cómo se compara la polaridad de este voltaje con la generada por la llama?
Después de tocar la punta del termopar al cubito de hielo, caliéntelo sosteniéndolo entre los dedos. Puede tomar poco 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 la longitud de un cable. Este voltaje depende de la magnitud de la diferencia de temperatura y del tipo de cable. La medición directa del voltaje 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 de Seebeck a lo largo de las longitudes de esos cables, ya que 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 son ampliamente utilizados como dispositivos de detección 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. Diferentes rangos de medición de temperatura son posibles seleccionando diferentes pares de metales que se unirán entre sí.