Lei dos termopares

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Introdução
 
A partir da descoberta dos efeitos termoelétricos foram elaboradas algumas leis que constituem a base da teoria utilizada nas medições de temperatura através de termopares, ou seja, esta está fundamentada em três leis cujo proposito das mesmas é possibilitar o entendimento dos fenômenos que ocorrem ao utilizar os termopares na obtenção de valores de temperatura em um determinado processo. Em seguida serão enunciadas quais são as leis citadas juntamente com a explicação de cada uma delas.
 
 Lucas Yago Pereira Mendes 2014042810
Lei dos termopares
Lei do circuito homogêneo
Esta lei enuncia que a tensão gerada a partir de um circuito formado a partir de dois metais diferentes com suas junções sujeitas a duas temperaturas T1 e T2, não depende do gradiente de temperatura, ou seja, não depende da distribuição da mesma ao longo dos fios. No entanto, a tensão citada depende apenas dos metais em questão (em virtude da densidade de elétrons citada no artigo introdutório) e das temperaturas existentes nas junções (desde que as estruturas dos condutores permaneçam homogêneas). 
 
Figura 1 - Lei do circuito homogêneo
 
Considere a seguinte situação: A temperatura T1 está sendo medida em um determinado processo através de um termopar, ou seja, sua junta quente está situada em um ponto conveniente enquanto a junta de referência exposta a uma temperatura T2 (para simplificar, estamos supondo que esta junta já possui o elemento responsável por medir a tensão gerada bem como converter este valor para o relativo em temperatura e apresentá-lo por meio de um indicador). Desta maneira é possível determinar a temperatura T1. De acordo com a lei do circuito homogêneo, mesmo se houver algum ponto em um dos condutores sujeito a uma terceira temperatura T3, a tensão gerada indicada será a mesma do caso anterior. Ou seja, caso os condutores permaneçam com suas estruturas homogêneas, o que importa é a diferença de temperatura entre as juntas.
Lei dos metais intermediários
Esta lei estabelece que em um circuito, composto de dois metais diferentes, a tensão gerada não será modificada caso seja inserido um outro metal intermediário em qualquer ponto do circuito, desde que as junções recém formadas sejam mantidas a uma mesma temperatura devida. Isto ocorre devido ao fato de que a tensão gerada a partir destas duas novas junções será igual a zero (como dito anteriormente, a tensão gerada depende da existência de uma diferênça de temperatura entre as junções). Este princípio por sua vez garante o uso de fios de extensão, bem como de conectores.
 
Figura 2 - Lei dos metais intermediários
 
Lei das temperaturas intermediárias
Esta Lei estabelece a correspondência entre a soma das tensões geradas por dois termopares feitos de mesmos materiais, sendo que um encontra-se com suas junções expostas às temperaturas T1 e T2 e o outro por sua vez está com as juntas às temperaturas T2 e T3, como sendo a mesma tensão gerada caso um único termopar esteja com suas junções situadas em pontos cujas temperaturas são T1 e T3. 
Figura 3 - Lei das temperaturas intermediárias
 
Como consequência direta deste princípio, pode-se efetuar correções caso termopares que foram calibrados a uma determinada temperatura de referência possam ser utilizados em qualquer outra temperatura de referência.
Compensar temperatura em termopares
Apesar da alta repetibilidade do efeito termelétrico, está só é verificada caso a medição (ou o processo) esteja sempre numa mesma temperatura ambiente. Como isto quase nunca acontece, pois a temperatura ambiente varia ao longo de um período de trabalho e com as estações do ano, a tendência é de se manifestarem erros de leitura que a maioria dos processos industriais não pode absorver ou negligenciar.
De fato, a correção para este problema é conhecida desde que o fenômeno foi aproveitado, e reside no próprio efeito termelétrico: monta-se duas junções termopares iguais, porém numa das extremidades (de cada uma) conectadas entre si (importante: em sentidos inversos!); enquanto as duas junções se mantiverem numa mesma temperatura, o resultado medido entre as extremidades livres (as desconectadas!) Será rigorosamente zero (Volts). Com isto, passa a se ler tensão (e temperatura) diferencial (em lugar da absoluta). Em termos práticos: uma das junções (denominada junta fria) deve então permanecer constantemente imersa na atmosfera ambiente, e a outra junção deve ser exposta ao processo. A leitura diferencial assim monitorada deixa de ser afetada pelo ambiente, e o resultado da medição passa a ser idêntico, esteja o circuito de medição operando próximo ao equador, ou no polo sul (no auge do inverno), etc.