Los termopares son sensores de temperatura que están hechos de dos metales diferentes. Se genera un voltaje cuando los metales se juntan para formar una unión y existen diferencias de temperatura entre ellos. Los circuitos de termopar se rigen por leyes físicas fundamentales que afectan su capacidad para tomar medidas.
El efecto Seebeck
Un médico alemán convertido en físico llamado Thomas Johann Seebeck tomó dos metales diferentes, con uno a una mayor temperatura que la otra, e hizo un circuito en serie uniéndolos para formar una unión. Descubrió que al hacerlo podía generar una fuerza electromotriz (fem). Emfs son voltajes. Seebeck descubrió que cuanto mayores son las diferencias de temperatura entre los metales, mayor es el voltaje generado, independientemente de sus formas. Su descubrimiento se llama el efecto Seebeck, y es la base de todos los termopares.
Antecedentes
Seebeck, H.G. Magnus y A. C. Becquerel propusieron las reglas empíricas de los circuitos termoeléctricos. Lord Kelvin explicó su base termodinámica, y W.F. Roesser los compiló en un conjunto de tres leyes fundamentales. Todos han sido verificados experimentalmente.
La segunda ley a veces se divide en tres partes por investigadores modernos, para dar un total de cinco, pero Roesser sigue siendo el estándar.
Law de Materiales homogéneos
Esto originalmente se conocía como la Ley de Metales Homogéneos. Un hilo homogéneo es uno que es física y químicamente el mismo en todas partes. Esta ley establece que un circuito de termopar que está hecho con un cable homogéneo no puede generar una fem, incluso si está a diferentes temperaturas y espesores en todas partes. En otras palabras, un termopar debe estar hecho de al menos dos materiales diferentes para generar un voltaje. Un cambio en el área de la sección transversal de un cable, o un cambio en la temperatura en diferentes lugares del cable, no producirá voltaje.
Ley de materiales intermedios
Esto era originalmente conocido como la Ley de Metales Intermedios. La suma de todas las fem en un circuito de termopar que utiliza dos o más metales diferentes es cero si el circuito está a la misma temperatura.
Se interpreta que esta ley significa que la adición de diferentes metales a un circuito no afecta el voltaje que crea el circuito. Las uniones añadidas deben estar a la misma temperatura que las uniones en el circuito. Por ejemplo, se puede agregar un tercer metal como cables de cobre para ayudar a tomar una medición. Esta es la razón por la que los termopares se pueden usar con multímetros digitales u otros componentes eléctricos. También es la razón por la cual la soldadura se puede usar para unir metales para formar termopares.
Ley de Temperaturas Excesivas o Intermedias
Un termopar hecho de dos metales diferentes produce una fem, E1, cuando los metales son a diferentes temperaturas, T1 y T2, respectivamente. Supongamos que uno de los metales tiene un cambio de temperatura a T3, pero el otro permanece en T2. Luego, la fem creada cuando el termopar está a temperaturas T1 y T3 será la suma de la primera y la segunda, de modo que Enew = E1 + E2.
Esta ley permite que un termopar esté calibrado con una temperatura de referencia para ser utilizado con otra temperatura de referencia. También permite agregar cables adicionales con las mismas características termoeléctricas al circuito sin afectar su fem total.
