APLICACIÓN DEL EFECTO TERMOELÉCTRICO TERMOELÉCTRICO
1. RESUMEN Se calibró un termopar de forma adecuada para poder obtener experimentalmente la relación entre la fuerza fuerza electro electromotr motriz iz y latemperatura latemperatura en un circuito eléctrico, obteniendo así dicha relación. ε ( T )=−0.23415 + 0.04748 T
Figura n ° 01. Retrato de Jhoann Seebeck
,
del cual se pudo obtener también la potencia termoeléctrica de Seebec !ue fue" β =0.04748
#. $%&E $%&E' '()$S ()$S
Una termocupla o termopar es un círculo eléctrico formado por dos conductores eléctricos de distintos materiales entre cu2as 3unturas, expuestas a una diferencia de temperaturas 6de referencia 2 de medida:, se produce una tensión eléctrica.
*alibrar un 'ermopar en el laboratorio de +ísica experimental.
. M-R M-R*$ 'ER 'ER(* (*$ $ 'homas &hoann Seebec en 1/#1 notó !ue al formar fo rmar un circuito eléctrico con dos 0lamentos metlicos cu2as 3untas estu4ieran a diferentes temperaturas t 1 y t 2 , se
Figura n ° 02. Termocupla ermocupla tipo K
producía una fuer5a electromotri5 ( ε ) !ue 4ariaba en función de la diferencia de temperaturas de las 3untas 6)er +i7ura +i7ura n8 91:. El fenómeno se le conoce como efecto Seebec o termoeléctrico 2 actualmente es empleado en la tecnolo7ía para la fabricación de termocuplas.
&ean *harles ;eltier en 1/< notó !ue pasando una intensidad de corriente eléctrica en el circuito de termopar una 3untura se caliente en tanto la otra se enfría.
temperaturas correspondientes en la escala centí7rada. ?a potencia termoeléctrica Seebec
( β ) del termopar se determina por" β =
d [ ε ( T ) ]( 3 ) dT
Figura n ° 03. Retrato de Jean Charles elier
'hompson en 1/=1 notó !ue el >u3o de calor emitido o absorbido por una 3unta a la misma temperatura, es proporcional al >u3o de corriente eléctrica 2 al 7radiente térmico entre 3untas. *onsidérese la dependencia de la fem ε como función polinómica de la
Figuran ° 04. $lustraci%n del efecto Seebeck
diferencia de temperaturas ! t , en particular cuadrtica, i.e"
'ermómetro de @7 698*A1998*:
2
= a ! t + b ! t (1 )
ϵ
Siendo
<. M-'ER(-?ES
a y b constantes
características de los metales en contacto 2 ! t =t caliente −t fr"a de las 3untas. Si una de las 3untas permanece a temperatura constante, se le denomina temperatura de referencia t 0 en tanto !ue la otra es la 3unta de
Figura n ° 05. Term%metro de &g dellaboratorio Un 4aso de precipitados 699ml:
medida de temperatura t. En 7eneral se cumple" ε ( T )= a ( t −t 0 ) + b ( t −t 0 ) + # ( 2 ) 2
Una representación 7r0ca de la ecuación 6#: permitir obtener una escala de calibración de mil 4oltios a las
Figuran ° 06. 'asode precipitados
Un mili 4oltímetro
Figura n ° 10. Cocinillael*ctrica encendida +
Figuran ° 07. (ili )olt"metro del lab *onductores de constantn, platino, cobre ní!uel, cromel, alumel 6medio metro de cada uno:.
Figuran ° 08. Conductores
=. ;R$*EB(M(EN'$ ?i3ar sua4emente los extremos de los conductores 1 2 # lue7o unirlos haciendo las 3untas de referencia 2 medida, colocndoles entre un arco eléctrico de alta tensión 6esta acción debe lle4arse a cabo con asesoramiento del técnico electricista:. Ensamblar el circuito como se muestra en la 07ura n8 11 4aliéndose de conductores de medida mediante pin5as eléctricas 2 lue7o a los terminales del mili 4oltímetro.
@ielo 2 a7ua destilada
Figuran ° 11. Circuito de Seebeck
Figura n ° 09. Cubitos de hielo *ocinilla eléctrica
Figura n ° 12. Cicuito de Seebeck ya ;reparar una me5cla de hielo 2 a7ua destilada en la !ue se sumer7en la 3unta de referencia.
Figura n ° 14. ,guallegando a su punto
de ebullici%n .
Figuran ° 15. -e.andoenfriar el )aso de precipitadoscon el agua para medir los )alores
de pares ordenadosde temperatura y )olta.e + Figura n ° 13. (ezcla de hielo y agua
*olocar el punto de medida en un baCo de a7ua en ebullición en el !ue se ubica el termómetro, lue7o, de3ando enfriar medir los 4alores de pares ordenados de temperatura 2 4olta3e, cada =8* de disminución de temperatura.
$btener la 7r0ca del proceso 2 determinar la función !ue permite obtener la temperatura usando el termopar construido.
D. RESU?'-B$S 1: 'abla de datos de pares ordenados de temperatura 2 4olta3e N°
T (°C)
ɛ (mV)
1 # < = D F / 19 11 1#
199 = 9 /= /9 F= F9 D= D9 == =9 <=
<.= <. < ./ .D . .1 #. #.D #.< #.1 1.
#: Utili5ando el pro7rama $ri7in ;ro /.9 procedemos a in7resar correctamente los datos de la tabla n8 1 en ella"
Figuran ° 17. 0r1fica de Fuerzaelectromotriz )s Temperatura
<: ;or Gltimo, se obtiene los si7uientes datos"
Figura n ° 18. funcion de lafemcon respecto a la
Figuran ° 16. $ngreso de datosen /ir
temperatura
$bteniendo así la función !ue permite obtener la temperatura usando el termopar construido. F. B(S*US(N : ;or Gltimo se procede a 7ra0car dichos pares ordenados, obteniendo la si7uiente 7r0ca"
Be la 07ura n81/, tenemos" ε ( T )=−0.23415 + 0.04748 T
6<: Be la ecuación 61: se puede determinar la potencia
termoeléctrica Seebec
( β )
del termopar, como si7ue" β =
d [ ε ( T ) ] dT
Esto es" d β = [ −0.23415 + 0.04748 T ] dT β =0.04748
;or lo tanto, la potencia termoeléctrica de Seebec en nuestro experimento es β =0.04748
/. *$N*?US($NES Se pudo calibrar un termopar de forma adecuada para la reali5ación del experimento expuesto. Se determinó la relación entre la fuer5a electromotri5 2 la temperatura en nuestro experimento, obteniendo la si7uiente relación.
ε ( T )=−0.23415 + 0.04748 T
Se pudo determinar la potencia termoeléctrica Seebec, obteniendo el si7uiente 4alor"
β =0.04748
. RE+EREN*(-S %(%?($HRI+(*-S •
•
*en7el 2 %oles, 'ERM$B(NIM(*-, México. Mc HraJ @ill.#99. /9pp. +rancisco Keston Sears. 'ERM$B(NIM(*-, Edit. Re4erté S-, EspaCa 1DF.
