25. Explique o efeito termoeletromotivo.
A força eletromotiva é a ddp entre superfícies de dois metais em contato devido a diferença entre as nuvens eletrônicas dos dois materiais. Quanto maior a diferença de temperatura entre os materiais, maior a tensão de contato (ddp entre superfície).
Passo 1
O enunciado pede para explicar o efeito termoeletromotivo (ou efeito Seebeck), que é um fenômeno de eletromagnetismo e termodinâmica de sólidos. Vamos entender por que, ao unir dois metais diferentes e submeter as junções a temperaturas distintas, surge uma diferença de potencial (ddp) entre eles.
Passo 2
Quando dois metais distintos
e
são unidos formando duas junções, uma a temperatura
e outra a
, os elétrons em
e
têm distribuições de energia (Fermi–Dirac) que dependem da temperatura. No ponto quente, há maior agitação térmica e, consequentemente, maior tendência dos elétrons a difundir-se em direção ao ponto frio. Isso gera um acúmulo de carga que se traduz numa diferença de potencial elétrico que se opõe à difusão contínua.
Passo 3
Esse equilíbrio entre difusão térmica e campo elétrico interno acaba fixando uma força eletromotriz
. Em primeira aproximação, se
e
são os coeficientes de Seebeck (medidos em
) dos metais
e
, a ddp entre as junções é
onde
.
De modo mais geral, se a diferença de temperatura varia ao longo das junções, a força eletromotriz total é
De modo mais geral, se a diferença de temperatura varia ao longo das junções, a força eletromotriz total é
Isso mostra que quanto maior o gradiente de temperatura ou a diferença entre
e
, maior será a tensão gerada.
Passo 4
Na prática, escolhe-se um par de metais (ou ligas metálicas) com coeficientes de Seebeck suficientemente distintos para fabricar termopares, que são sensores compactos de temperatura. A ddp medida nos terminais expostos à temperatura de referência e à temperatura medida segue exatamente a expressão acima.
Resposta
O efeito termoeletromotivo (efeito Seebeck) é a geração de uma ddp entre dois metais diferentes cujas junções estão a temperaturas distintas. Ele decorre da difusão de elétrons do ponto mais quente para o mais frio e do subsequente estabelecimento de um campo elétrico interno que impede fluxo adicional, resultando em