Thermoélectricité

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Longueur du fil de cuivre nu (non isolé)
• Longueur du fil de fer nu (non isolé)
• Bougie
• Glaçons

Le fil de fer peut être obtenu dans une quincaillerie. Si certains ne peuvent pas être trouvés, le fil d'aluminium fonctionne également.

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Volume 1, chapitre 9 : « Signaux d'instrumentation électrique »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Pour illustrer la fonction et le but du thermocouple

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Torsadez une extrémité du fil de fer avec une extrémité du fil de cuivre. Connectez les extrémités libres de ces fils aux bornes respectives sur un bornier. Réglez votre voltmètre sur sa plage la plus sensible et connectez-le aux bornes où les fils se connectent. Le compteur doit indiquer une tension presque nulle.

Ce que vous venez de construire est un thermocouple :un appareil qui génère une petite tension proportionnelle à la différence de température entre la pointe et les points de connexion du compteur. Lorsque la pointe est à une température égale au bornier, il n'y aura pas de tension produite, et donc aucune indication vue sur le voltmètre.

Allumez une bougie et insérez la pointe du fil torsadé dans la flamme. Vous devriez remarquer une indication sur votre voltmètre. Retirez la pointe du thermocouple de la flamme et laissez refroidir jusqu'à ce que l'indication du voltmètre soit à nouveau proche de zéro. Maintenant, touchez la pointe du thermocouple à un glaçon et notez la tension indiquée par le compteur. Est-ce une grandeur supérieure ou inférieure à l'indication obtenue avec la flamme ? Comment la polarité de cette tension se compare-t-elle à celle générée par la flamme ?

Après avoir mis la pointe du thermocouple en contact avec le glaçon, réchauffez-le en le tenant entre vos doigts. Cela peut prendre un peu de temps pour atteindre la température corporelle, alors soyez patient tout en observant l'indication du voltmètre.

Un thermocouple est une application de l'effet Seebeck :la production d'une petite tension proportionnelle à un gradient de température le long d'un fil. Cette tension dépend de l'amplitude de la différence de température et du type de fil. La mesure directe de la tension Seebeck produite le long d'une longueur de fil continu à partir d'un gradient de température est assez difficile et ne sera donc pas tentée dans cette expérience.

Les thermocouples, étant constitués de deux métaux différents réunis à une extrémité, produisent une tension proportionnelle à la température de la jonction. Le gradient de température le long des deux fils résultant d'une température constante à la jonction produit différentes tensions Seebeck le long de ces fils, car les fils sont faits de métaux différents.

La tension résultante entre les deux extrémités de fil libres est la différence entre les deux tensions Seebeck :

Les thermocouples sont largement utilisés comme dispositifs de détection de température car la relation mathématique entre la différence de température et la tension résultante est à la fois répétable et assez linéaire. En mesurant la tension, il est possible de déduire la température. Différentes plages de mesure de température sont possibles en sélectionnant différentes paires de métaux à assembler.