Os termopares utilizados comumente pela indústria geram uma força eletromotriz cujos gráficos se baseiam na junta de referência na temperatura de 0^{\circ} \mathrm{C}. Nas aplicações práticas, essa temperatura é normalmente diferente desse valor e varia ao longo do tempo. A afirmação correta que associa a esse fenômeno nos termopares é:
(b) ser comum a utilização de uma junta de referência para correção automática, com a medição da temperatura nos terminais do instrumento por meio de circuito eletrônico, que adiciona uma tensão de correção à tensão obtida na medição.

Passo 1

O enunciado diz que termopares geram uma força eletromotriz com base na junta de referência em \,0^{\circ}\mathrm{C}\,, mas na prática a temperatura da junta de referência é diferente e varia no tempo. Pede-se identificar a afirmação correta que descreve esse fenômeno; foi dada a opção:
(b) ser comum a utilização de uma junta de referência para correção automática, com a medição da temperatura nos terminais do instrumento por meio de circuito eletrônico, que adiciona uma tensão de correção à tensão obtida na medição.
As informações relevantes do enunciado são:
  • Termopares medem diferenças de temperatura gerando uma tensão (força eletromotriz).
  • Os gráficos/curvas dos termopares são baseados na referência \,0^{\circ}\mathrm{C}\,.
  • Na prática, a temperatura da junta de referência normalmente não é \,0^{\circ}\mathrm{C}\, e varia no tempo.
    A tarefa é decidir se a opção (b) descreve corretamente como esse desvio é tratado na prática.

Passo 2

Entendendo a física básica (de leve, sem pânico): a tensão de um termopar vem do efeito Seebeck. Em termos práticos, a tensão medida entre os dois fios do termopar corresponde integralmente à diferença de temperatura entre a junção de medição (junção quente) e a junção de referência (junção fria). Formalmente escrevemos:
E = \int_{T_{\text{ref}}}^{T_{\text{med}}} S(T)\,dT,
onde:
  • \,E\, é a tensão (força eletromotriz) gerada pelo termopar;
  • \,T_{\text{med}}\, é a temperatura da junção de medição (onde queremos saber a temperatura);
  • \,T_{\text{ref}}\, é a temperatura da junção de referência (normalmente assumida nos gráficos como \,0^{\circ}\mathrm{C}\,);
  • \,S(T)\, é a diferença das coeficientes de Seebeck dos dois metais que formam o termopar (pode variar com T).
    Explicando em palavras: o termopar “mede” a integral do coeficiente Seebeck entre as duas temperaturas — ou seja, mede a diferença de temperatura, não uma temperatura absoluta.

Passo 3

Consequência prática importante (conectar com o enunciado): os fabricantes e tabelas de termopar normalmente tabulam ou parametrizam a função
E_0(T) = \int_{0}^{T} S(T')\,dT',
que dá a tensão que um termopar produziria se a junção de referência estivesse exatamente em \,0^{\circ}\mathrm{C}\, e a junção de medição estivesse em \,T\,. Se na prática a junção de referência estiver em \,T_{\text{ref}}\neq 0^{\circ}\mathrm{C}\,, a tensão medida será
E_{\text{med}} = \int_{T_{\text{ref}}}^{T_{\text{med}}} S(T)\,dT.
Para usar as tabelas (que assumem referência em \,0^{\circ}\mathrm{C}\,), precisamos obter
E_0(T_{\text{med}}) = \int_{0}^{T_{\text{med}}} S(T)\,dT.
Logo, precisamos compensar a diferença entre E_{\text{med}} e E_0(T_{\text{med}}).

Passo 4

Como fazer a compensação? Álgebra simples mostra a ideia do circuito de correção (essa é a peça chave que liga teoria à prática):
E_0(T_{\text{med}}) = \int_{0}^{T_{\text{med}}} S(T)\,dT = \int_{0}^{T_{\text{ref}}} S(T)\,dT \;+\; \int_{T_{\text{ref}}}^{T_{\text{med}}} S(T)\,dT.
Identificando termos:
  • \displaystyle E_{\text{comp}} \equiv \int_{0}^{T_{\text{ref}}} S(T)\,dT é a tensão “equivalente” entre \,0^{\circ}\mathrm{C}\, e \,T_{\text{ref}}\,.
  • \displaystyle E_{\text{med}} = \int_{T_{\text{ref}}}^{T_{\text{med}}} S(T)\,dT é a tensão que o termopar realmente fornece no arranjo real.
    Somando-os:
E_0(T_{\text{med}}) = E_{\text{comp}} + E_{\text{med}}.
Portanto, se conhecermos \,T_{\text{ref}}\, e calcularmos (ou gerarmos eletronicamente) a tensão \,E_{\text{comp}}\,, podemos somá-la à tensão medida \,E_{\text{med}}\, para obter a tensão equivalente à condição de referência em \,0^{\circ}\mathrm{C}\,. Isso é exatamente a ideia da correção automática.

Passo 5

Como isso é implementado na prática (explicação didática e sem mistério): os instrumentos que leem termopares geralmente fazem cold-junction compensation (CJC) assim:
  • medem a temperatura da área onde os fios do termopar se ligam ao instrumento (essa é a junção de referência real) usando um sensor separado: termistor, RTD, diode/IC de temperatura, etc.;
  • a partir dessa temperatura \,T_{\text{ref}}\, o instrumento calcula (por tabela, por polinômio, ou por circuito analógico) a tensão equivalente \,E_{\text{comp}}=\int_{0}^{T_{\text{ref}}} S(T)\,dT\,;
  • adiciona eletronicamente essa tensão de correção à tensão do termopar (ou aplica a correção em software depois da digitalização), resultando em uma leitura que corresponde à referência em \,0^{\circ}\mathrm{C}\,.
    Em linguagem simples: o circuito “imita” eletricamente o que seria uma junção a \,0^{\circ}\mathrm{C}\, gerando a tensão necessária e somando à medida — exatamente o que diz a opção (b).

Passo 6

Exemplo numérico simples (para fixar): suponha que, para o tipo de termopar, a média do coeficiente Seebeck na faixa relevante seja \,S_{\text{média}}=40\\ \mu\mathrm{V}/^{\circ}\mathrm{C}=40\cdot10^{-6}\\ \mathrm{V}/^{\circ}\mathrm{C}\,é. Se a junção de referência estiver a \,T_{\text{ref}}=25^{\circ}\mathrm{C}\,, então a tensão de correção aproximada é
E_{\text{comp}}\approx S_{\text{média}}\cdot T_{\text{ref}} = 40\cdot10^{-6}\times 25 = 1{,}0\times10^{-3}\\ \mathrm{V} = 1{,}0\\ \mathrm{mV}.é
O instrumento, portanto, adiciona cerca de \,1{,}0\\ \mathrm{mV}\, à tensão do termopar medida. Essa adição faz com que a leitura final corresponda ao que a tabela daria se a referência fosse \,0^{\circ}\mathrm{C}\,.

Passo 7

Comentário prático e conclusão motivadora: por causa da variação da temperatura ambiente e da dificuldade de manter uma junta sempre a \,0^{\circ}\mathrm{C}\, (banho de gelo é inconveniente), a compensaçã o automática medindo a junção de referência e adicionando uma tensão de correção é uma solução muito comum em instrumentos industriais. É robusta e permite leituras corretas sem recorrer a métodos manuais complicados. Portanto a opção (b) descreve corretamente o fenômeno e o procedimento usado.

Resposta

(b)

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