Gaya termoelektromotif (thermo-EMF) dan penerapannya dalam teknologi

Termo-EMF adalah gaya gerak listrik yang terjadi dalam rangkaian listrik yang terdiri dari konduktor tidak rata yang terhubung secara seri.

Sirkuit paling sederhana yang terdiri dari konduktor 1 dan dua konduktor identik 2, kontak antara yang dipertahankan pada suhu T1 dan T2 yang berbeda, ditunjukkan pada gambar.

Karena perbedaan suhu di ujung kabel 1, energi kinetik rata-rata pembawa muatan di dekat sambungan panas ternyata lebih besar daripada di dekat sambungan dingin. Pembawa menyebar dari kontak panas ke dingin, dan yang terakhir memperoleh potensi yang tandanya ditentukan oleh tanda pembawa. Proses serupa terjadi di cabang-cabang bagian kedua rantai. Perbedaan antara potensi ini adalah termo-EMF.

Pada suhu yang sama kabel logam bersentuhan dalam sirkuit tertutup, beda potensial kontak pada batas di antara mereka, itu tidak akan menciptakan arus apa pun di sirkuit, tetapi hanya menyeimbangkan aliran elektron yang diarahkan berlawanan.

Menghitung jumlah aljabar dari perbedaan potensial antara kontak, mudah dipahami bahwa itu menghilang. Oleh karena itu, dalam hal ini tidak akan ada EMF di sirkuit. Tetapi bagaimana jika suhu kontak berbeda? Asumsikan bahwa kontak C dan D berada pada suhu yang berbeda. Lalu bagaimana? Mari kita asumsikan dulu bahwa fungsi kerja elektron dari logam B lebih kecil daripada fungsi kerja dari logam A.

Mari kita lihat situasi ini. Mari panaskan kontak D — elektron dari logam B akan mulai berpindah ke logam A karena sebenarnya beda potensial kontak di sambungan D akan meningkat karena efek panas padanya. Ini akan terjadi karena ada lebih banyak elektron aktif pada logam A di dekat kontak D dan sekarang mereka akan bergegas ke senyawa B.

Peningkatan konsentrasi elektron di dekat senyawa C memulai pergerakannya melalui kontak C, dari logam A ke logam B. Di sini, di sepanjang logam B, elektron akan bergerak ke kontak D. Dan jika suhu senyawa D terus meningkat relatif terhadap kontak C, maka dalam sirkuit tertutup ini pergerakan arah elektron akan dipertahankan berlawanan arah jarum jam - gambaran keberadaan EMF akan muncul.

Dalam sirkuit tertutup yang terdiri dari logam yang berbeda, EMF yang dihasilkan dari perbedaan suhu kontak disebut gaya termo-EMF atau termoelektromotif.

Thermo-EMF berbanding lurus dengan perbedaan suhu antara dua kontak dan tergantung pada jenis logam yang membentuk sirkuit. Energi listrik dalam rangkaian seperti itu sebenarnya berasal dari energi internal sumber panas yang mempertahankan perbedaan suhu antara kontak.Tentu saja, EMF yang diperoleh dengan metode ini sangat kecil, dalam logam diukur dalam mikrovolt, maksimum dalam puluhan mikrovolt, untuk perbedaan suhu kontak satu derajat.

Untuk semikonduktor, termo-EMF ternyata lebih besar, bagi mereka mencapai bagian volt per derajat perbedaan suhu, karena konsentrasi elektron dalam semikonduktor itu sendiri sangat bergantung pada suhunya.

Untuk pengukuran suhu elektronik, gunakan termokopel (termokopel)bekerja berdasarkan prinsip pengukuran termo-EMF. Termokopel terdiri dari dua logam berbeda yang ujungnya disolder menjadi satu. Dengan mempertahankan perbedaan suhu antara dua kontak (sambungan dan ujung bebas), termo-EMF diukur Ujung bebas memainkan peran kontak kedua di sini. Sirkuit pengukur perangkat terhubung ke ujungnya.

Logam termokopel yang berbeda dipilih untuk rentang suhu yang berbeda dan dengan bantuannya suhu diukur dalam sains dan teknologi.

Termometer ultra-presisi dibuat berdasarkan termokopel. Dengan bantuan termokopel, suhu yang sangat rendah dan cukup tinggi dapat diukur dengan akurasi tinggi. Selain itu, keakuratan pengukuran pada akhirnya bergantung pada keakuratan voltmeter yang mengukur termo-EMF.

Gambar tersebut menunjukkan termokopel dengan dua sambungan. Satu persimpangan direndam dalam salju yang mencair, dan suhu persimpangan lainnya ditentukan menggunakan voltmeter dengan skala yang dikalibrasi dalam derajat. Untuk meningkatkan sensitivitas termometer semacam itu, terkadang termokopel dihubungkan ke baterai. Bahkan fluks energi radiasi yang sangat lemah (misalnya dari bintang yang jauh) dapat diukur dengan cara ini.

Untuk pengukuran praktis, iron-constantan, copper-constantan, chromel-alumel, dll paling sering digunakan. Sedangkan untuk suhu tinggi, mereka menggunakan uap dengan platinum dan paduannya - ke bahan tahan api.

Penerapan termokopel diterima secara luas dalam sistem kontrol suhu otomatis di banyak industri modern karena sinyal termokopel bersifat elektrik dan dapat dengan mudah ditafsirkan oleh elektronik yang mengatur daya perangkat pemanas tertentu.

Efek kebalikan dari efek termoelektrik ini (disebut efek Seebeck), yang terdiri dari memanaskan salah satu kontak sekaligus mendinginkan kontak lainnya sambil mengalirkan arus listrik langsung melalui rangkaian, disebut efek Peltier.

Kedua efek tersebut digunakan pada generator termoelektrik dan lemari es termoelektrik.Untuk lebih jelasnya lihat di sini:Efek termoelektrik Seebeck, Peltier dan Thomson dan aplikasinya