Relação Voltagem X Temperatura Em Termopares

Prévia do material em texto

RELAÇÃO VOLTAGEM X TEMPERATURA EM TERMOPARES 
 
Leticia Braz Carneiro / 2021032420 
Mayara Faria Ferrari de Oliveira / 2021030014 
 Rayssa Mayara Silva Ribeiro / 2021031924 
 Sebastião Braz Siqueira Filho / 2021032224 
 
Universidade Federal de Itajubá 
 
Resumo: O presente relatório visa o quarto Laboratório de Metodologia Científica, o qual 
propõe a medida da temperatura e voltagem, além do cálculo da regressão linear da relação 
entre essas grandezas físicas, utilizando para tal ação uma plataforma computacional. 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Os termopares são utilizados para 
medir a temperatura. Constituídos pela 
união de um par de fios, os quais 
submetidos a temperaturas distintas 
ocasionam o surgimento de uma força 
eletromotriz (potencial medido em volts de 
um gerador ligado a uma bateria). Esse 
efeito termoelétrico é conhecido comoefeito 
Seebeck, o qual foi descoberto pelo físico 
alemão Johann Seebeck em 1821. Tal efeito 
ocorre devido à extremidade mais aquecida 
possuir uma variação cinética maior dos 
elétrons, ocasionando o acúmulo desses do 
lado de menor temperatura. Por conta do 
movimento dos elétrons há o surgimento de 
uma tensãoelétrica no corpo. 
Assim, a corrente trata-se do fluxo 
ordenado de elétrons em um condutor, a 
resistência é a representação quantitativa de 
um material resistir à passagem da corrente 
elétrica e a tensão é a diferença dopotencial 
elétrico entre dois pontos distintos do 
material sujeito a corrente. Com isso, 
sabendo-se que a resistência variaconforme 
a temperatura e que o valor da tensão é 
definido pela a primeira lei de Ohm como o 
produto entre resistência e corrente elétrica, 
pode-se concluir que dependendo do 
material e da variação da temperatura 
ocorrerá uma variação da resistência e 
consequentemente da tensão. Essa variação 
de temperatura na resistência é conhecida 
como efeito joule, o qual se define por parte 
da energia elétrica que passa pelo resistor 
e é convertida em 
energia térmica, consequentemente, 
dissipada no meio. 
Por fim, é notável como a 
movimentação dos elétrons do efeito 
Seebeck ocasiona a relação da temperatura 
com a tensão, a qual será demonstradaneste 
relatório. 
 
 
2. OBJETIVOS 
 
Esse relatório possui o objetivo de 
realizar a construção de tabelas a partir da 
medição de temperatura e voltagem, para 
que tais dados sejam utilizados na 
demonstração gráfica e no cálculo da 
regressão linear, que representa a relação 
entre essas grandezas físicas. Além de 
analisar o efeito da variação de temperatura 
em termopares. 
 
 
3. MATERIAIS E PROCEDIMENTO 
 
 
3.1 Materiais: 
• Termopar; 
• Chaleira elétrica (Figura 3); 
• Becker (Figura 2); 
• Água; 
• Multímetro digital (Voltímetro) 
(Figura 1); 
• Termômetro analógico (Figura 2); 
• Computador com o programa 
SciDAVis. 
Figura 1 - Multímetro 
 
Fonte: Laboratório de Metodologia Científica UNIFEI 
 
 
Figura 2- Becker e Termômetro 
 
 
Fonte: Laboratório de Metodologia Científica UNIFEI 
 
Figura 3- Chaleira 
 
 
Fonte: Laboratório de Metodologia Científica UNIFEI 
3.2 Procedimento Experimental 
 
O experimento foi realizado em uma 
temperatura ambiente = (22,0±0,5) ºC,sendo 
assim, inicialmente é necessário aquecer a 
água à 90ºC. Em seguida,coloca- se a água 
aquecida no Becker, onde será analisada a 
variação da temperatura no termômetro e da 
voltagem no multímetro (Imagem 4 e 5). 
Figura 4- Temperatura e voltagem inicial 
 
Fonte: Laboratório de Metodologia Científica UNIFEI 
 
 
Figura 5- Temperatura e voltagem final 
Realizando o mesmo procedimento 
para várias temperaturas de água se obtém 
a tabela de dados. Em seguida é feito o 
cálculo para a variação de temperatura (∆𝑇), 
com base na temperatura ambiente (Ta), 
(Equações 1 e 2). Assim como é realizado o 
cálculo para o erro da voltagem (Equação 
3). 
∆𝑇 = (𝑇 − 𝑇𝛼) (1) 
𝜎∆𝜏 = √(𝜎𝜏)2 + (𝜎𝜏𝛼)
2 (2) 
𝐿𝐸𝐷 = (0, 5% + 3𝑑) (3) 
 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
4.1 Dados Experimentais 
Após a realização do experimento 
obtêm-se os valores de temperatura e 
voltagem. (Tabela 1) 
 
 
Tabela 1- Dados medidos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os erros de medida dosinstrumentos 
são: 
 
 
Fonte: Laboratório de Metodologia Científica UNIFEI 
• Erro do termômetro = 0,5°C, 
• Erro do multímetro (Equação 3) = 
0,005*medida + 0,3. 
Medida Temperatura 
(°C) 
Voltagem 
(mV) 
1 85,0 2,6 
2 80,0 2,4 
3 75,0 2,2 
4 70,0 1,9 
5 65,0 1,7 
6 60,0 1,5 
7 55,0 1,3 
8 50,0 1,1 
9 22,0 0,1 
 
Sendo assim, obtêm-se as medidas 
comseu respectivo erro. (Tabela 2 e 3) 
 
 
Tabela 2 – Medida da Temperaturacom 
respectivo erro 
 
Temperatura (°C) σ temperatura (°C) 
85,0 0,5 
80,0 0,5 
75,0 0,5 
70,0 0,5 
65,0 0,5 
60,0 0,5 
55,0 0,5 
50,0 0,5 
22 0,5 
 
Tabela 3 – Medida da Voltagemcom 
respectivo erro 
Tabela 3 – Medida da variação da 
temperatura com respectivo erro 
conclusão 
∆T (°C) σ ∆T (°C) 
43,0 0,7 
38,0 0,7 
33,0 0,7 
28,0 0,7 
0 0,7 
 
 
4.3 Análise Gráfica 
 
Utilizando o programa SciDAVis foi 
realizada a construção do gráfico “Relação 
Voltagem x Temperatura em Termopares” 
por meio dos dados da Tabela 3 e 4. 
Posteriormente, foi feito o ajuste linear aos 
pontos do gráfico. (Figura 6) 
A regressão foi executada em uma 
função afim, ou seja, um ajuste linear 
(ax+b). Os valores obtidos no SciDAVis 
foram: 
 
 
 
 
 
4.2 Análises dos Dados 
 
Utilizando as Equações 1 e 2 e a 
temperatura ambiente citada anteriormente 
foi calculado a variação de temperatura e 
seu erro. (Tabela 3) Logo, como o SciDAVis oferece 
valores matemáticos, arredondando-se para 
Tabela 3 – Medida da variação da 
temperatura com respectivo erro 
 (continua) 
representar medidas, tem-se: 
 
A (inclinação) = 
0,0401430109180378 +/- 
0,00558027544919443 
 
B (interceptação em y) = 
0,0208826695371367 +/- 
0,24685317670708 
Voltagem (mV) σ voltagem (mV) 
2,6 0,3 
2,4 0,3 
2,2 0,3 
1,9 0,3 
1,7 0,3 
1,5 0,3 
1,3 0,3 
1,1 0,3 
0,1 0,3 
 
 
 
Figura 6 – Regressão Linear ∆T (°C) X Voltagem (mV) 
 
 
 
4.4 Questões do Roteiro 
 
I. Porque ao ajustarmos a reta a esses 
pontos é possível interpretar melhor os dados, 
prevendo assim o comportamento de pontos que 
não foram coletados. O coeficiente linear 
representa o ponto da reta em que a variação da 
temperatura é igual a 0, sendo representado por 
0,021𝑚𝑉 na equação da reta. Já o coeficiente 
angular indica a inclinação da reta com o eixo 
das abscissas, sendo igual a 0,040 𝑚𝑉 ×°𝐶−1. 
II. Se adicionássemos gelo no Becker 
com o termopar e o termômetro a variação de 
temperatura iria ser maior, e consequentemente, 
a tensão também iria se elevar. Analisando esse 
fenômeno no gráfico seria possível observar o 
aumento do coeficiente angular da reta, pois a 
taxa média de variação de tensão em relação a 
variação de temperatura iria aumentar. 
 
III. Se aplicarmos uma tensão à junção 
na temperatura ambiente podemos esperar um 
aumento de temperatura no material com maior 
condutibilidade elétrica e uma diminuição no 
material de menor condutibilidade elétrica. Isso 
seria útil em sistemas de resfriamento ou de 
aumento de temperatura de água, por exemplo. 
 
IV. Sim, existem erros sistemáticos na 
experiência, sendo eles na coleta de dados do 
multímetro e do termômetro. Eles podem ser 
ocasionados pela calibração incorreta dos 
equipamentos ou por erros no procedimento e 
manuseio por parte do operador . 
 
5. CONCLUSÃO 
 
Portanto, os objetivos do experimento 
foram atingidos, sendo possível coletar os 
dados de tensão e temperatura. Desse modo, foi 
construído gráfico que relaciona essas duas 
grandezas, o que nos permite analisar o efeito 
da aplicação de calor nos termopares. 
 
 
6. REFERÊNCIAS 
 
[1] Dias, W., S..Laboratório 5: Relacão de 
Voltagemx Temperatura em Termopares. 
UNIFEI. Disponível em: 
<https://owncloud.unifei.edu.br/index.php/s/ 
v3EphmAgiX5bs6x> . Acesso em: 08 de 
julho de 2021 
 
[2] Efeito Seebeck. Disponível em: 
<https://pt.m.wikipedia.org/wiki/Efeito_Seeb 
eck> Acesso em: 08 de julho de 2021