Energia Elétrica de Origem Térmica
Objetivo
Mostrar como se converte energia do calor em energia elétrica. Construir um termômetro termo-elétrico.
Descrição
Em 1821, o físico alemão Thomas Seebeck descobriu que, juntando as pontas de dois fios de metais diferentes (ferro e cobre, por exemplo), e mantendo as junções em temperaturas diferentes, surgia uma corrente elétrica pelos fios.
Vamos reproduzir essa experiência. Use fios de cobre e ferro, sem encapamento. Enrole fortemente as pontas, formando junções cobre/ferro. Pode-se melhorar o contato entre os metais com um pingo de solda na junção. Coloque uma das junções dentro de um jarro com água e gelo. Encoste a outra junção na chama de uma vela. Ligue as pontas soltas dos fios de cobre a um medidor de voltagem ou corrente elétrica. Pode ser, por exemplo, seu medidor da Experiência 3. Observe que o medidor acusa uma pequena corrente. Apague a vela ou separe a junção da chama e observe como a corrente elétrica diminui.
Com esses arranjo, você pode fazer um termômetro. Mantenha uma das junções na mistura água-gelo que está a zero graus. Coloque a outra junção dentro de um recipiente com água destilada. Ponha um termômetro calibrado que possa medir temperaturas acima de 100 graus dentro da água nesse recipiente. Aqueça o recipiente em um fogão ou placa quente. À medida que a água for aquecendo, anote, simultaneamente, a temperatura medida no termômetro e a corrente do termopar. Depois, faça um gráfico mostrando a voltagem em funçào da temperatura. Esse gráfico será a calibração de seu termômetro termoelétrico.
Análise
O efeito Seebeck relaciona diferenças de temperatura em diferente junções de metais com potenciais elétricos. Esse efeito é fraco para a produção de eletricidade, se comparado com geradores químicos ou mecânicos, mas é muito útil para medir temperaturas com boa precisão. Também é usado em aplicações especiais onde outros tipos de geradores são impraticáveis. Por exemplo, a sonda interplanetária Voyager 2, que fotografou Júpiter e outros planetas distantes, tinha um gerador termoelétrico. Uma das junções era aquecida por elementos radiativos. Esse foi o modo mais conveniente para gerar eletricidade pois baterias químicas seriam muito pesadas e descarregariam muito depressa. Painéis solares seriam inúteis pois o Sol estava muito distante. O gerador termoelétrico foi a melhor opção e, pode crer, ainda hoje está funcionando.
Material
Fios de cobre, ferro, níquel e outros metais diversos.
Um medidor de voltagem ou corrente. Pode ser o galvanômetro da experiência #3.
Um recipiente com água e gelo.
Uma vela.
Um aquecedor conveniente. Pode ser um fogareiro de acampamento ou um aquecedor elétrico.
Dicas
Calibre cuidadosamente seu termopar para usos futuros em outras experiências.
