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TEORIA TERMOELÉTRICA - TERMOPARES

Dentre os mais de 100 elementos químicos existentes na natureza, cerca de setenta se distinguem por propriedades físico químicas bem características, apesar das diferenças físicas existentes entro si. Tais elementos são os metais.

As mencionadas propriedades características se fazem notar principalmente, no estado sólido e são: densidade elevada (decorrente do arranjo muito compacto dos átomos); elevado poder refletor (de onde advém o brilho dito metálico); boa condutibilidade térmica e excelente condutividade elétrica (essas três últimas propriedades decorrentes da existência de "elétrons livres" em abundância).

Observação: Denominam se "elétrons livres", os elétrons que se distinguem pela grande mobilidade que exibem no interior e na superfície dos metais. São elétrons fracamente ligados aos átomos de origem, sendo que a própria agitação térmica natural da molécula, os desprende de suas órbitas atômicas. Estes elétrons livres constituem um verdadeiro "gás eletrônico", que ocupa o espaço vazio entre os átomos.

Em nível elementar, admite se uma teoria clássica que encontra conformação experimental satisfatória e que exporemos a seguir: metais são condutores eletrônicos, admite se que, em média, cada átomo contribua com um elétron livre (elétrons de condução, que migra de um átomo para outro, através do condutor).

Seja dado um condutor homogêneo, em forma de fio, com secção transversal invariável "S" e comprimento "I". Aplicando a este condutor uma tensão "U", o campo elétrico "E" que se estabelece dentro dele tem intensidade:


Por efeito desse campo, os elétrons livres do condutor ficam sujeitos as forças que os impulsionam através do condutor. A força de campo que age em cada elétron é:


E ou, em valor absoluto:


Se os elétrons se movessem em amplo espaço vazio, eles adquiririam velocidade cada vez maior, no entanto, o espaço disponível entre os átomos e este espaço é exíguo, mesmo em confronto com as dimensões atômicas.
Acompanhemos um elétron qualquer que acaba de ser liberado do por um átomo: ele é acelerado pelo campo e adquire energia cinética até chocar se com outro átomo. Apresentam se duas alternativas: o átomo captura o elétron e possivelmente, libera outro, ou então, o átomo reflete o elétron. Em qualquer caso, o átomo retém grande parte da energia cinética do elétron e o processo recomeça: o elétron é acelerado pelo campo e no choque com outro átomo perde energia cinética. Como resultado desse processo, os elétrons livres não adquirem velocidades elevadas e a agitação térmica dos átomos aumenta se o condutor não ceder calor ao ambiente (efeito Joule).
Consideremos dois corpos constituídos por isolantes distintos (1) e (2) e em contato um com o outro. Via de regra, substâncias diferentes manifestam diferentes "afinidades" por elétrons; isto explica a formação de uma dupla película elétrica na superfície de contato. Na figura abaixo, representamos o caso em que elétrons passam mais facilmente de (1) para (2) do que, de (2) para (1). A substância (1) cede elétrons à substância (2), junto á superfície de contato forma-se uma película positiva no meio (1), uma película elétrica negativa no meio (2). Estas películas originam um campo elétrico dirigido de (1) para (2); nos elétrons da região limítrofe deste campo exercem forças dirigidas de (2) para (1) e que terminam por sustar a transferência de elétrons de (1) para (2). Estabelece desta forma um estado de equilíbrio no qual a diferença de potencial entre os meios (1) e (2) é função do campo elétrico. Dentre dois isolantes postos, em contato, eletriza se com carga positiva aquele que apresenta permitividade mais elevada; liberta elétrons com maior facilidade o isolante mais polarizável. A tensão de contato é U12= V1- V2 entre os, corpos (1) e (2), e é U21 = V2 V1 entre os corpos (2) e (1); portanto U12 = U21.


De modo geral, concluímos: salvo exceções, quando temos em contato corpos distintos quaisquer (isolantes, metais, eletrólitos), surgem entre eles uma diferença de potencial, o efeito é chamado efeito Volta (1973).

Veja também: As 3 leis básicas // Lei dos Metais Intermediários // Lei do Circuito Homogênio //
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