Relatório do 7 Experimento (Termoeletricidade) Imprimir

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE 
MESQUITA FILHO” 
FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA E QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
[RELATÓRIO] 
TERMOELETRICIDADE 
 
 
 
 
PROF. FERNANDO ROGÉRIO DE PAULA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DISCENTES: 
GABRIEL DOS SANTOS ARANDA 181053241 
HENRIQUE CORDEIRO NOVAIS 181051354 
 
 
 
ILHA SOLTEIRA 
2019 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. OBJETIVOS ........................................................................................................ 3 
2. RESUMO ............................................................................................................. 4 
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 5 
3.1 Termoeletricidade ............................................................................................. 5 
3.1.1 Efeito Peltier ............................................................................................... 5 
3.1.2 Efeito Seebeck ........................................................................................... 5 
3.1.3 Efeito Termoelétrico de Thomson ............................................................... 6 
4. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................... 7 
4.1 Materiais utilizados no experimento .................................................................. 7 
4.2 Procedimento experimental .............................................................................. 9 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 11 
6. CONCLUSÃO .................................................................................................... 15 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................... 16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
 
1. OBJETIVOS 
 
Determinar experimentalmente e teoricamente o coeficiente de Seebeck do 
sensor utilizado a partir da construção de gráficos da voltagem em função da 
temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
2. RESUMO 
 
A proposta do experimento descrito neste relatório foi de se realizar 
experimentos para a determinação do coeficiente de Seebeck de duas maneiras: a 
partir da construção de um gráfico da voltagem em função em função da temperatura, 
denominando-o de coeficiente experimental; e a partir da construção do mesmo 
gráfico utilizando-se valores tabelados de temperatura, obtendo-se o valor de Seebeck 
considerado teórico. Experimentalmente, obteve-se um valor do coeficiente 
𝜀 = 47,50 
𝑉
°𝐶
 , e o valor teórico encontrado foi de 𝜀 = 43,75 
𝑉
°𝐶
. Visto os resultados, 
comparou-se ambos e analisou-se o erro percentual alcançado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
Em geral, sabe-se que os elementos químicos metálicos possuem 
características específicas, como alta densidade, elevados poderes refletores (o que 
proporciona boa condutibilidade térmica e condutividade elétrica para esses materiais) 
e entre outras características. Desta forma, pode-se relacionar essa última 
característica com diversos efeitos físicos muito importantes. 
3.1 Termoeletricidade 
A termoeletricidade em geral estuda fenômenos de transformações de energia 
térmica (∇𝑇) em energia elétrica e vice-versa. Dentre essas transformações, há 
algumas que se destacam por seus efeitos, como efeito Peltier, o efeito Seebeck, 
o efeito Thomson e do efeito Joule, dentre os quais, apenas o último é irreversível. [1] 
 3.1.1 Efeito Peltier 
 Este efeito, de maneira simples, é a produção ou absorção de calor, a partir da 
junção de dois metais, de composições diferentes sujeitos a uma corrente elétrica. 
Assim, este efeito gera uma diferença de temperatura, porém, este não é muito 
eficiente, devido à existência de uma grande perda de energia no processo e, além 
disso, pode ser perigoso devido a falta de controle no processo. [2] 
 
3.1.2 Efeito Seebeck 
 O efeito Seebeck é o “contrário” do efeito Peltier, explicado na seção 3.1.1. 
Assim, uma diferença de potencial é produzida a partir da diferença de temperatura 
de dois condutores ou semicondutores de materiais distintos. 
 
 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_Peltier
https://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_Seebeck
https://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7a_eletromotriz_de_Thomsom
https://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_Joule
6 
 
Ademais, a partir de análises experimentais, pode-se chegar à conclusão que 
no efeito Seebeck a diferença de potencial é proporcional a diferença de temperatura 
medida assim como mostra a equação 1, que apresenta a proporcionalidade existente 
entre essas duas grandezas, no caso, da diferença de potencial e da diferença de 
temperatura. [1] 
 𝑉 = 𝜀 ∙ 𝑇 (1) 
Onde, V é a diferença de potencial medida, ε é chamado coeficiente de Seebeck e T 
é a diferença de temperatura que os metais estão submetidos. 
3.1.3 Efeito Termoelétrico de Thomson 
Este efeito, de maneira geral, consiste na capacidade de um metal, submetido 
a uma corrente elétrica e um gradiente de temperatura, em absorver energia térmica 
ou gerar calor. Este efeito está diretamente relacionado com o efeito Joule, o qual 
consiste em transformar integralmente energia elétrica em energia térmica, sendo 
irreversível. Assim, além disso esse efeito gera uma dilatação dos materiais, desta 
forma os efeitos de dilatação estão relacionados com os cálculos e conclusões do 
efeito de Thomson. [3] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
4. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
4.1 Materiais utilizados no experimento 
Para a realização dos experimentos contidos neste relatório, utilizou-se os 
seguintes materiais e instrumentos: um multímetro digital, um termômetro de mercúrio, 
um termopar do tipo Cobre-Constantan, um tubo de ensaio, uma cuba revestida com 
isopor, uma lamparina, um suporte metálico para sustentar o tubo de ensaio, água e 
gelo. A Figura 1 apresenta o modelo do multímetro utilizado, a Figura 2 a cuba 
revestida com isopor utilizada, a Figura 3 o suporte para a sustentação do tubo de 
ensaio juntamente com o termômetro utilizados, a Figura 4 o modelo da lamparina 
utilizada e a Figura 5 a tabela consultada contendo os valores de voltagem para o 
termopar do tipo Cobre-Constantan. 
Figura 1 - Modelo do multímetro utilizado na experimentação. 
 
 
 
 
 
Fonte: https://www.lojadoprofissional.com.br/multimetro-digital-true-rms-
1000v-catii-et-2042d-minipa. 
Figura 2 - Modelo da cuba revestida com isopor utilizada no experimento. 
 
 
 
 
 
Fonte: Foto retirada pelos autores. 
https://www.lojadoprofissional.com.br/multimetro-digital-true-rms-1000v-catii-et-2042d-minipa
https://www.lojadoprofissional.com.br/multimetro-digital-true-rms-1000v-catii-et-2042d-minipa
8 
 
Figura 3- Modelo do suporte utilizado no experimento para a sustentação do 
tubo de ensaio e do termômetro de mercúrio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Foto retirada pelos autores. 
 
Figura 4- Modelo da lamparina utilizada na experimentação 
. 
 
 
 
 
 
Fonte: Foto retirada pelos autores. 
 
 
 
 
9 
 
Figura 5 – Imagem da tabela utilizada para a consulta dos valores de 
voltagem em função da temperatura para o termopar Cobre-Constantan. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Foto retirada pelos autores. 
 
4.2 Procedimento experimental 
Para a realização do experimento, que tinha como objetivo a determinação do 
coeficiente de Seebeck a partir da construção de um gráfico da voltagem em função 
da temperatura, inicialmente, colocou-se gelo na cuba e uma pequena quantidade de 
água, para que no equilíbriose obtivesse uma temperatura igual a 0°C. Em seguida, 
colocou-se uma das junções do termopar na cuba contendo água e gelo, e a outra foi 
colocada no tubo de ensaio contendo água, juntamente com o termômetro. Assim, 
acendeu-se a lamparina e aqueceu-se o tubo de ensaio até que se atingisse na escala 
termômetro uma temperatura próxima a 100°C. Após atingir essa temperatura, a 
lamparina foi apagada, e os valores de voltagem (utilizando-se o multímetro) a cada 
10 
 
5°C no processo de resfriamento foram anotados, até que se atingisse uma 
temperatura de 30°C. Dessa forma, com esses dados experimentais e utilizando-se a 
equação 1 da Revisão Bibliográfica, determinou-se o coeficiente de Seebeck a partir 
do coeficiente angular da reta obtida no gráfico da voltagem em função da 
temperatura. Por fim, utilizando-se os dados da Figura 5, construiu-se um segundo 
gráfico da voltagem em função da temperatura, por meio dos valores tabelados, e os 
coeficientes obtidos em cada um dos dois processos citados anteriormente foram 
comparados, analisando-se o erro percentual encontrado. A Figura 6 apresenta uma 
imagem da montagem dos equipamentos para a realização do experimento. 
Figura 6 – Ilustração do modelo experimental montado para a realização do 
experimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Foto retirada pelos autores. 
 
 
 
 
 
 
11 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Nesta seção do relatório, serão apresentados os principais resultados obtidos, 
incluindo tabelas, gráficos e cálculos realizados a partir dos dados experimentais. 
Além disso, os erros percentuais alcançados serão discutidos. 
Para a determinação do coeficiente de Seebeck experimental, assim como 
citado na seção anterior, após a montagem do modelo experimental, mediu-se valores 
de voltagem com a utilização do multímetro a cada variação de 5°C no processo de 
resfriamento do tubo de ensaio. Os dados obtidos se encontram na Tabela 1. 
Tabela 1- Medidas de voltagem obtidas pela leitura do multímetro em função 
das variações de temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborada pelos autores. 
 
 
 
 
Temperatura (°C) Voltagem (mV) 
(𝟗𝟓, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟑, 𝟗 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟗𝟎, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟑, 𝟕 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟖𝟓, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟑, 𝟒 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟖𝟎, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟑, 𝟐 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟕𝟓, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟐, 𝟗 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟕𝟎, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟐, 𝟕 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟔𝟓, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟐, 𝟒 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟔𝟎, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟐, 𝟏 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟓𝟓, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟏, 𝟗 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟓𝟎, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟏, 𝟕 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟒𝟓, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟏, 𝟓 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟒𝟎, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟏, 𝟑 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟑𝟓, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟏, 𝟏 ± 𝟎, 𝟏) 
(𝟑𝟎, 𝟎 ± 𝟎, 𝟓) (𝟎, 𝟗 ± 𝟎, 𝟏) 
12 
 
Dessa forma, a partir dos dados da Tabela 1, pôde-se construir um gráfico da 
voltagem em função da temperatura, obtendo-se uma reta cujo coeficiente angular (α) 
é o próprio coeficiente de Seebeck, assim como mostra a equação 1 da Revisão 
Bibliográfica. O gráfico construído se encontra na Figura 7. 
Figura 7– Gráfico da voltagem em função da temperatura a partir dos dados 
obtidos experimentalmente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Digitalização do gráfico construído pelos autores em papel milimetrado. 
Assim, escolhendo-se dois pontos quaisquer da reta obtida, A (90 , 3,60) e 
B (50 , 1,70), pôde-se obter o coeficiente angular da reta 𝛼 = 47,50 
𝑉
°𝐶
 , que, assim 
como citado anteriormente, é o próprio valor do coeficiente de Seebeck, ou seja, 
𝜀 = 47,50 
𝑉
°𝐶
. 
Para a determinação do coeficiente teórico, construiu-se um gráfico da 
voltagem em função da temperatura para valores tabelados, assim como mostra a 
13 
 
Figura 5, utilizando-se os dados contidos na faixa de temperatura entre 30°C e 100°C, 
da mesma forma como foi realizado para a determinação do coeficiente experimental. 
O gráfico construído se encontra na Figura 8. 
Figura 8– Gráfico da voltagem em função da temperatura utilizando-se dados 
tabelados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Digitalização do gráfico construído pelos autores em papel milimetrado. 
Assim, escolhendo-se dois pontos quaisquer da reta obtida, A (94 , 3,946) e 
B (54 , 2,196), pôde-se obter o coeficiente angular da reta 𝛼 = 43,75 
𝑉
°𝐶
 , que, assim 
como citado anteriormente, é o próprio valor do coeficiente de Seebeck, ou seja, 
𝜀 = 43,75 
𝑉
°𝐶
. Dessa forma, com ambos resultados alcançados, pôde-se calcular o 
erro percentual existente entre os dois valores, obtendo-se 𝐸𝑟% = 8,6%. 
14 
 
Analisando-se o erro percentual obtido, nota-se que o resultado foi satisfatório, 
uma vez que este é relativamente baixo. Dessa maneira, pode-se dizer que o 
experimento foi executado corretamente, e que a teoria aplicada pode ser utilizada 
para o entendimento e estudo do efeito termoelétrico de Seebeck, que realiza a 
produção de uma d.d.p. entre duas junções de condutores (ou semicondutores) de 
materiais diferentes quando elas estão a diferentes temperaturas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
6. CONCLUSÃO 
 
Analisando-se os resultados obtidos experimentalmente, chegou-se à 
conclusão de que, primeiramente, os experimentos foram executados corretamente, 
tendo em vista que o resultado alcançado não se distanciou daquele esperado, 
mostrando que a teoria citada nesta seção deste relatório pode ser aplicada 
empiricamente e fornecer resultados satisfatórios. 
Observando-se a gráfico construído e os cálculos realizados, pode-se notar os 
principais resultados obtidos: no cálculo do coeficiente de Seebeck por meio do 
coeficiente angular da reta obtida utilizando-se valores experimentais de temperatura 
e voltagem, obteve-se 𝜀 = 47,50 
𝑉
°𝐶
; no cálculo do coeficiente de Seebeck por meio do 
coeficiente angular da reta obtida utilizando-se valores tabelados de temperatura e 
voltagem, obteve-se 𝜀 = 43,75 
𝑉
°𝐶
. Assim, comparando-se esses valores, o erro 
percentual encontrado foi de 8,6%. 
Dessa forma, analisando-se os resultados obtidos, pode-se dizer que o 
experimento foi realizado corretamente, uma vez que foram condizentes com os 
esperados e resultaram em um erro percentual relativamente baixo. Além disso, pôde- 
se observar empiricamente a teoria estudada a respeito da termoeletricidade e dos 
efeitos termoelétricos, sobretudo em relação ao efeito termoelétrico de Seebeck. 
Assim, de uma forma mais abrangente, pode-se dizer que o experimento realizado 
forneceu resultados coerentes e satisfatórios. 
 
 
 
 
 
 
16 
 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
 [1] Apostila da Disciplina: Laboratório de Física III (Civil e Mecânica), Edição 1º 
semestre de 2014. Ilha Solteira- SP. Universidade Estadual Paulista (UNESP). 
Campus de Ilha Solteira. Faculdade de Engenharia (FEIS). 
[2] Portal São Francisco, “Efeito Peltier - Física”. Disponível em 
https://www.portalsaofrancisco.com.br/fisica/efeito-peltier. Acesso em 31/05/2019 às 
14:04. 
[3] Alutal, Controles Industriais. Wiki Alutal, “Efeito Thomson”. Disponível em 
http://www.alutal.com.br/industria-br/wiki/06-efeito-thomson. Acesso em 31/05/2019 
às 18:43. 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://www.portalsaofrancisco.com.br/fisica/efeito-peltier
http://www.alutal.com.br/industria-br/wiki/06-efeito-thomson