Un termopila è un dispositivo che converte il calore in elettricità sfruttando l'effetto termoelettrico.

È composto da diverse termocoppie, che sono coppie di fili fatti di metalli diversi che generano una tensione quando esposti a una differenza di temperatura. Le termocoppie sono connesse in serie o talvolta in parallelo per formare un termopila, che produce un'uscita di tensione più alta rispetto a una singola termocoppia. Gli termopile sono utilizzati per varie applicazioni, come la misurazione della temperatura, la generazione di energia e la rilevazione della radiazione infrarossa.

Come funziona un termopila?

Un termopila si basa sul principio dell'effetto termoelettrico, che è la conversione diretta delle differenze di temperatura in tensione elettrica e viceversa. Questo effetto fu scoperto da Thomas Seebeck nel 1826, che osservò che un circuito fatto di due metalli diversi produceva una tensione quando una giunzione era riscaldata e l'altra raffreddata.

Un termopila è essenzialmente una serie di termocoppie, ciascuna delle quali è composta da due fili di metalli diversi con grande potere termoelettrico e polarità opposte.

Il potere termoelettrico è una misura di quanto tensione un materiale genera per unità di differenza di temperatura. I fili sono uniti in due giunzioni, una calda e una fredda. Le giunzioni calde sono poste in una regione con temperature più elevate, mentre le giunzioni fredde sono poste in una regione con temperature più basse. La differenza di temperatura tra le giunzioni calde e fredde causa un corrente elettrica a scorrere nel circuito, generando un'uscita di tensione.

L'uscita di tensione di un termopila è proporzionale alla differenza di temperatura attraverso il dispositivo e al numero di coppie di termocoppie.

La costante di proporzionalità è chiamata coefficiente di Seebeck, espresso in volt per kelvin (V/K) o millivolt per kelvin (mV/K). Il coefficiente di Seebeck dipende dal tipo e dalla combinazione dei metalli utilizzati nelle termocoppie.

Il diagramma sottostante mostra un semplice termopila con due set di coppie di termocoppie connesse in serie.

Le due giunzioni superiori di termocoppia sono a temperatura T1, mentre le due giunzioni inferiori di termocoppia sono a temperatura T2. L'uscita di tensione dall' termopila, ΔV, è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura, ΔT o T1 – T2, attraverso il strato di resistenza termica e al numero di coppie di termocoppie. Lo strato di resistenza termica è un materiale che riduce il trasferimento di calore tra le regioni calde e fredde.

Diagramma di un termopila differenziale di temperatura

    T1
    |\
    | \
    |  \
    |   \
    |    \
    |     \  ΔV
    |      \
    |       \
    |        \
    |         \
    |          \
    |           \
    |            \
    |             \
    |              \
    |               \
    ------------------
        Resistenza Termica
        Strato
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 &......