Le termocoppie sono sensori di temperatura realizzati con due metalli diversi. Una tensione viene generata quando i metalli vengono riuniti per formare una giunzione e vi sono differenze di temperatura tra di essi. I circuiti termocoppia sono governati da leggi fisiche fondamentali che influiscono sulla loro capacità di effettuare misurazioni.

L'effetto Seebeck

Un fisico tedesco di nome Thomas Johann Seebeck, un fisico tedesco, prese due metalli diversi, uno con uno più alto temperatura rispetto agli altri, e fatto un circuito in serie unendoli insieme per formare una giunzione. Scoprì che così facendo era in grado di generare una forza elettromotrice (fem). Gli Emfs sono tensioni. Seebeck ha scoperto che maggiore è la differenza di temperatura tra i metalli, maggiore è la tensione generata, indipendentemente dalle loro forme. La sua scoperta è chiamata effetto Seebeck, ed è la base di tutte le termocoppie.

Sfondo

Seebeck, H.G. Magnus e A.C. Becquerel hanno proposto le regole empiriche dei circuiti termoelettrici. Lord Kelvin ha spiegato la loro base termodinamica e W.F. Roesser li ha compilati in un insieme di tre leggi fondamentali. Sono stati tutti verificati sperimentalmente.

La seconda legge è talvolta suddivisa in tre parti da ricercatori moderni, per dare un numero totale di cinque, ma quelli di Roesser sono ancora lo standard.

Legge di materiali omogenei

Questo era originariamente conosciuto come la legge dei metalli omogenei. Un filo omogeneo è quello che è fisicamente e chimicamente lo stesso dappertutto. Questa legge afferma che un circuito a termocoppia realizzato con un filo omogeneo non può generare una fem, anche se è a diverse temperature e spessori in tutto. In altre parole, una termocoppia deve essere composta da almeno due materiali diversi per generare una tensione. Una modifica dell'area della sezione trasversale di un filo, o un cambiamento della temperatura in diversi punti del filo, non produrrà una tensione.

Legge dei materiali intermedi

Questo era originariamente conosciuta come la legge dei metalli intermedi. La somma di tutte le emfs in un circuito a termocoppia usando due o più metalli diversi è zero se il circuito si trova alla stessa temperatura.

Questa legge è interpretata nel senso che l'aggiunta di metalli diversi a un circuito non influisce sulla tensione creata dal circuito. Le giunzioni aggiunte devono essere alla stessa temperatura delle giunzioni nel circuito. Ad esempio, un terzo metallo come conduttori di rame può essere aggiunto per aiutare a prendere una misura. Questo è il motivo per cui le termocoppie possono essere utilizzate con multimetri digitali o altri componenti elettrici. È anche il motivo per cui la saldatura può essere utilizzata per unire metalli per formare termocoppie.

Legge delle temperature successive o intermedie

Una termocoppia prodotta da due metalli diversi produce una fem, E1, quando i metalli sono a diverse temperature, T1 e T2, rispettivamente. Supponiamo che uno dei metalli abbia una variazione di temperatura in T3, ma l'altro rimane in T2. Quindi la emf creata quando la termocoppia è alle temperature T1 e T3 sarà la somma del primo e del secondo, in modo che Enew = E1 + E2.

Questa legge consente a una termocoppia calibrata con una temperatura di riferimento a essere utilizzato con un'altra temperatura di riferimento. Permette anche di aggiungere fili extra con le stesse caratteristiche termoelettriche senza influire sulla sua intensità totale.