5º Relatório

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS 
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS - ICE 
DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
IEF – 102 FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL B 
 
FT12 - Engenharia Química 
Turma: 02 
Horário: 16h às 18h 
Gabriel Rodrigues Magalhães – 21751530 
Data do experimento: 27/04/2018 
 
 
UNIDADE IV 
CALIBRAÇÃO DE UM TERMOPAR 
 
Grupo: Lucas Lima dos Santos; Marcyelle 
Lima Sarquis; Júlia Nathaly Melo Maciel. 
Professor: Oleg Grigorievich Balev. 
 
 
 
 
 
 
MANAUS-AM 
04/05/2018 
 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 2 
2. OBJETIVOS ......................................................................................................................... 4 
2.1. Objetivo geral: ................................................................................................................... 4 
3. MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................... 4 
3.1. Materiais ............................................................................................................................ 4 
3.2. Métodos ............................................................................................................................. 5 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................................... 5 
5. QUESTÕES .......................................................................................................................... 5 
6. CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 6 
7. REFERÊNCIAS ................................................................................................................... 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
Termopares são termômetros bastante utilizados, na indústria e em laboratórios de 
pesquisa, para medição de um a ampla faixa de temperatura de, aproximadamente, 250ºC a 
1500ºC. por se basear em uma diferença de potencial, um termopar apresenta facilidade de 
leitura e de monitoramento de temperatura à distância e é de fácil adaptação em sistemas de 
controle e automação. Neste experimento, foram discutidos os princípios de funcionamento de 
termopares e o modo como eles são construídos e calibrados. 
Sabe-se que um campo elétrico pode produzir uma corrente elétrica em sólidos. Da 
mesma forma, variações de temperaturas também podem produzir correntes elétricas. 
Considere, por exemplo, um metal cujas extremidades são mantidas em temperaturas diferentes 
por meio de contato térmico com reservatórios de calor. Nessa situação, a densidade de elétrons 
livres nas duas extremidades, o que dá origem a um campo elétrico no metal; um outro campo 
elétrico é produzido pelo gradiente de temperatura no metal (variações de temperatura ao longo 
do metal); e, juntos, dão origem a uma corrente elétrica. Os efeitos causados pela interação 
entre correntes elétricas e as térmicas no material são chamadas de efeitos termoelétricos. O 
funcionamento de um termopar baseia-se em um deles, conhecido como efeito Seebeck. 
Para mostrar o Efeito Seebeck e o modo como medi-lo, considere dos fios metálicos (A 
e B), de materiais diferentes, ligados um ao outro, como representado na Figura 1. As duas 
junções dos fios são colocadas em contato térmico com dois reservatórios de calor, cujas 
temperaturas são T1 e T2. Um voltímetro é ligado entre dois pontos de um dos fios, ambos, nele 
à temperatura T0. Como o circuito formado pelos fios está aberto, a corrente elétrica, nele, é 
nula. Nessa situação, surge uma força eletromotriz nas extremidades livres, que depende do 
material dos fios e da variação de temperatura entre as junções. Esse fenômeno é conhecido 
como efeito Seebeck cuja a descrição está detalhada no apêndice F. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Para pequenas diferenças de temperatura entre as junções, a força eletromotriz é 
proporcional a essa diferença, ou seja, é dada por: 
ε = α (T2 − T1), (1) 
sendo α chamado de coeficiente Seebeck, depende do material dos fios e da temperatura. 
O dispositivo esquematizado na Figura 1 é a base de um termopar utilizado como 
termômetro. Para isso, uma das junções é colocada em contato térmico com o objeto cuja 
temperatura se deseja determinar, enquanto a outra é mantida em uma temperatura constante, 
chamada de temperatura de referência, como representado na Figura 2. Usualmente, utiliza-se 
a temperatura do gelo em fusão como referência. Conhecido o coeficiente de Seebeck, a 
temperatura do objeto pode ser determinada por meio da medição da força eletromotriz que é 
gerada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1: Dois fios (A e B) de materiais diferentes, ligados um ao outro para 
formar as junções 2 e 3. Quando as temperaturas dessas junções são diferentes, uma 
força eletromotriz é produzida nas extremidades 1 e 4, que estão a uma mesma 
temperatura T0. 
Figura 2: Diagrama esquemático de um termopar. 
 
 
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2. OBJETIVOS 
2.1. Objetivo geral: 
Estudar o funcionamento da balança de corrente, determinando os parâmetros que 
influenciam na força sobre o balanço da balança. Aplicar os conceitos envolvidos na Força de 
Lorentz para calcular a indução magnética. 
 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
3.1. Materiais 
• 2 pedaços de fio 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.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 3: Sistema da balança de corrente, montado. 
 
 
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3.2. Métodos 
• Foi feito a montagem do sistema de acordo com a figura 3, a junção de referência, foi 
mantida a temperatura ambiente; 
• Mergulhou-se 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 = 24,5ºC). 
• Mediu-se, logo em seguida, a diferença de potencial no termopar para diversos valores 
de temperatura da água. 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
As mediadas experimentais foram organizadas de acordo com a tabela 1, abaixo. 
 
Tabela 1: Medidas de Temperatura e Diferença de potencial 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Temperatura 
(ºC) 
Diferença de 
Potencial (mV) 
(T0 + 0) = 24,5 0,0 
(T0 + 5) = 29,5 0,6 
(T0 + 10) = 34,5 0,7 
(T0 + 15) = 39,5 0,8 
(T0 + 20) = 44,5 0,9 
(T0 + 25) = 49,5 1,0 
(T0 + 30) = 54,5 1,1 
Obs 1: Note que T0 = 24,5°C. 
 
 
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Afim de verificar se o coeficiente Seebeck para esse termopar se comporta de forma 
constante, construiu-se o Gráfico, abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Pelo gráfico, tem-se que o coeficiente é dado por m = 0,02 e, pela tabela verifica-se que 
a variação de temperatura é ∆T = 5ºC. Então pela Eq. 1, pode-se verificar se é constante o 
coeficiente Seebeck, dado por: 
α = 0,02 
Assim pode-se determinar a equação de calibração do termopar como sendo: 
 
ε = 0,02.(T – T0), (2) 
ε = 0,02.(∆T), (3)Após as manipulações algébricas, chegou-se na equação de calibração do termopar dada por 
ε = 0,02.(∆T). 
 
 
 
 
 
30 40 50 60
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
T(
0
C)
V
(V
)
Gráfico 1: Diferença de potencial em função da temperatura. 
 
 
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5. CONCLUSÃO 
 
Devido à grande utilização de termopares na indústria, faz-se necessário o conhecimento 
de seu funcionamento e suas propriedades. A partir dos dados analisados, obteve-se resultados, 
didáticos, satisfatório, os quais permitiram uma visão geral do funcionamento desse dispositivo. 
Pelo experimento observou-se a simplicidade das propriedades do termopar, o que 
permite a sua utilização em sistemas adaptados para a transformação de energia. Um ponto 
positivo nesse tipo de aplicação é que se trata de energia limpa, aquela que não agride o meio 
ambiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. REFERÊNCIAS 
YOUNG, Hugh. Sears and Zemansky´s university physic. Física III / Young e 
Freedman; tradução Sonia Midori Yamamoto; revisão técnica Adir Moysés Luiz. – 12. ed. – 
São Paulo: Addison Wesley, 2008. 
YAMAMOTO, Kazuhito; FUKE, Luiz; SHIGEKIYO, Carlos. Os Alicerces da Física. 
Física III. – 13ª. ed. – São Paulo: Saraiva, 1999 
MANUAL DE LABORATÓRIO. Física III. 3ª ed. – Manaus: UFAM, 2013, pg.13.