Relatório 4 Calibração de um terrmorpar VERSÃO II

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS 
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
RELATÓRIO 4 – FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL B
CALIBRAÇÃO DE UM TERMORPAR
ADRIANA PEREIRA DE SOUZA (21453636)
IAGO BRUNO PACHECO FERREIRA (21453635)
IGOR MORAES BEZERRA CALIXTO (21456321)
RUY JARLEY BRANCHES MATOS (21453439)
VANESSA DE SOUZA LIMA (21453637)
MANAUS (AMAZONAS)
2015/3
UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS 
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
RELATÓRIO 4 – FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL B
CALIBRAÇÃO DE UM TERMORPAR
 
Relatório 4, de Física Geral e Experimental B, sobre calibração de um termorpar, orientada pelo professor Emanuel Costabile Bezerra, com o intuito de obter conhecimentos a respeito de um dos ramos de estudo da Física Elétrica. 
MANAUS (AMAZONAS)
2015/3
SUMÁRIO
1. Calibração de um termorpar.........................................................................................................4
1.1.Introdução.......................................................................................................................................4
1.2.Fundamentação Teórica..................................................................................................................4
1.3.Procedimento Experimental............................................................................................................5
 1.3.1.Parte Experimental.................................................................................................................5
1.4.Resultados.......................................................................................................................................5
1.5.Conclusão........................................................................................................................................6
1.6.Referências Bibliográficas...............................................................................................................7
1.7.Apêndice..........................................................................................................................................8
 
Capítulo 4 - Unidade IV 
Calibração de um termorpar.
1.1. Introdução:
 Este documento apresenta relatos de uma experiência observada no Laboratório de Eletricidade e Magnetismo da Universidade Federal do Amazonas, Departamento de Física, sob a orientação de um roteiro cujo titulo é Calibração de um Termopar, no qual o objetivo é a compreensão do princípio de funcionamento dos termopares e o modo como eles são construídos e calibrados. Esta atividade baseia-se em uma diferença de temperatura que é transformada em uma diferença de potencial nas juntas do termopar, sendo este fenômeno explicado pelo efeito Seeback e fundamental para entender este componente de estudo.
1.2 Fundamentação Teórica:
 Termopares são sensores de temperatura simples, robustos e de baixo custo, são utilizados nos processos de medição de temperatura. Um termopar é constituído de dois metais distintos que unidos por sua extremidade formam um circuito fechado. O termopar desta maneira, gera uma força eletromotriz que quando conectada a um instrumento de leitura consegue ler a temperatura do processo destes termopares.
 O fenômeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por T. J. Seebeck, ele notou que em um circuito fechado formado por dois condutores metálicos e distintos A e B, quando submetidos a um diferencial entre as suas junções, ocorre uma circulação de corrente elétrica (i).
	
	
 A existência de uma força eletromotriz EAB no circuito é conhecida como Efeito Seebeck e este produz pelo fato de que a densidade de elétrons livres num metal, difere de um condutor para outro e depende da temperatura. Quando este circuito é interrompido, a tensão do circuito aberto (tensão Seebeck) torna-se uma função das temperaturas das junções e da composição dos dois metais. 
	
 Denominamos a junção na qual está submetida à temperatura a ser medida de junção de medição ou junta quente e a outra extremidade que vai se ligar no instrumento medidor de junção de referência ou junta fria. Quando a temperatura da junção de referência (Tr) é mantida constante, verifica-se que a F.E.M térmica (EAB) é uma função da temperatura da junção de medição (T1). Isto permite utilizar este circuito como medidor de temperatura, pois conhecendo-se a F.E.M gerada, determina-se a T1. 
 O aquecimento de dois metais diferentes com temperaturas diferentes em suas extremidades, gera o aparecimento de uma F.E.M. (da ordem de mV). Este princípio conhecido com efeito Seebeck propiciou a utilização de termopares para medição de temperatura.
	
 Um termopar ou par termométrico consiste de dois condutores metálicos de natureza distinta, na forma de metais puros ou ligas homogêneas. 
 Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de junção de medição; a outra extremidade, junção de referência é levada ao instrumento medidor por onde flui a corrente gerada. Convencionou-se dizer que o metal A é positivo e B é negativo, pois a tensão e corrente geradas são na forma contínua (cc).
1.3.Procedimento Experimental:
Para que a atividade experimental fosse bem desenvolvida pelo grupo, foram utilizados alguns materiais essenciais para avaliação dos parâmetros pedidos para resolução do relatório:
	Materiais Utilizados
2 pedaços de fio de Constantan 
1 pedaço de fio de cobre
1 ebulidor de imersão
1 termômetro 
1 voltímetro
1 haste
2 grampos com isoladores
2 fios de conexão
1 recipiente com água.
1.3.1.Parte Experimental:
 A atividade experimental desenvolvida pelo grupo discente realizou as seguintes etapas:
1) Foi feita a montagem representada na figura 4.2 mostrada no roteiro. Neste experimento a junção de referencia foi mantida a temperatura ambiente.
2) Foi mergulhada a junção de medida do termopar na água à temperatura ambiente. Feito isso, mediu-se, com o voltímetro, a diferença de potencial e, com o termômetro de mercúrio, a temperatura da água (T0).
3) Foi medido a diferença de potencial no termopar para diversos valores de temperatura da água, conforme a tabela:
	Temperatura (ºC)
	Diferença de Potencial (mV)
	(T0 + 5) ºC
	0,3
	(T0 + 10) ºC
	0,5
	(T0 + 15) ºC
	0,7
	(T0 + 20) ºC
	0,9
	(T0 + 25) ºC
	1,1
	 (T0 + 30) ºC
	1,3
 
 1.4.Resultados.
1) Foi feito o gráfico da diferença de potencial do termorpar em função da temperatura de água. Com base neste gráfico, verificou-se se o coeficiente Seebeck desse termorpar é constante na faixa de temperatura observada. Produziu-se uma regressão linear e determinou-se o valor deste coeficiente. Escreveu-se então a equação de calibração do termorpar. (Ver o gráfico no Apêndice)
A partir dos cálculos realizados, obtiveram-se os dados abaixo:
	V(T) = (3,08 x 10-3) + (4 x 10-5) T.
	T0 = 23,5 °C(Valor da temperatura ambiente)
2) Agora que o termorpar está calibrado, utilizamos-o para medir a temperatura ambiente e a temperatura de uma pessoa.
	A temperatura ambiente ficou em aproximadamente 23,5 ºC.
 Já a temperatura média das pessoas ficou numa faixa de 35ºC a 36ºC.
1.5.Conclusão
 O termopar é um equipamento muito útil para a medição de temperatura, pois possui uma precisão considerável, além de ser barato e ser robusto o suficiente para medir temperaturas altas. Para mostrar isso, foi feito um experimento onde foi feita a calibração de um termopar. Sabendo que um termopar se utiliza do chamado Efeito Termoelétrico (Efeito Seebeck), onde se gera tensão elétrica para excitar os elétrons para medir a diferença de temperatura entre dois objetos. Com base nisso, medimos a temperatura da água e obtivemos a diferença de potencial entre as duas hastes do termopar. Foi definido T0 = 23,5 °C, e a tensão inicial (V0) de 0,1mV. E conforme a temperatura aumentava, a tensão também aumentava. Conseguimos obter a equação V(T) = (3,08 x 10-3) + (4 x 10-5) T. Com isso, vimos que o termopar pode trabalhar com mínimas variações de temperatura, o que garante uma exatidão e uma precisão muito boa, além de ser barato, resistente, praticamente imune a vibrações, e proporcionando assim vantagens em relação a outros sistemas de medição. 
1.6.Referências Bibliográficas.
1) CAPUANO,F.G; MARINO,M.A.M. Laboratório de Eletricidade e Eletrônica. 21ªEdição. Editora São Paulo: Erica,2005.
2) HALLIDAY, D.; and RESNICK, R. Física 4a ed., volume 4. Livros Técnicos e científicos, Rio de Janeiro, 1983. 
3) MARTINS, N. Introdução à teoria da eletricidade e do magnetismo. 2a ed. Edgard Blucher, São Paulo, 1975. 
4) RAMALHO;NICOLAU; TOLEDO. Os fundamentos da Física. Vol.03,7ªed. Editora Moderna.
5) SERWAY, R.A.;JEWETT Jr., J. W. Princípios de Física, volume 3. Pioneira Thomson Learning, São Paulo, 2004.
1.7.Apêndice