צמד תרמי

צמד תרמי (צמד חומני) או תרמוֹקַפֶּל (Thermocouple) הוא חיבור של שתי מתכות שונות שיוצר הפרש מתחים התלוי בטמפרטורה. צמדים תרמיים משמשים בעיקר כמדי טמפרטורה, ויכולים לשמש בהפיכת אנרגיית חום לאנרגיה חשמלית. צמדים תרמיים יכולים למדוד טווח טמפרטורות גדול, והם בדרך כלל זולים ומצוידים בחיבור חשמלי סטנדרטי. צמדים תרמיים אינם מדויקים מאוד, ושגיאה אופיינית שלהם היא מעל מעלת צלזיוס אחת.^[1]

הצמדה של כל שתי מתכות שונות יוצרת הפרש מתחים התלוי בטמפרטורה. תופעה זו ידועה כאפקט סיבק. בפועל משתמשים בסגסוגות מתכת בעלות תכונות ידועות שחוזרות על עצמן, ובצירופים שונים של מתכות עבור טווחי טמפרטורות שונים, ובחירת המתכת תלויה גם בעמידות בתנאי סביבת העבודה (עמידות לקורוזיה למשל). כיול הצמד התרמי בדרך כלל נעשה מראש, ובנוסף נהוג לכייל בזמן המדידה מול צמד תרמי נוסף בתוך מכשיר המדידה כדי להקטין את שגיאת המדידה הנובעת מהבדלים בטמפרטורת הסביבה.

ישנם שלושה חוקים בסיסיים המתקיימים בצמדים תרמיים:

• חוק טמפרטורת הביניים - חוק זה נובע מהחוק השני של התרמודינמיקה, הטוען בפשטות שאנרגיה עוברת באופן ספונטני מעצם חם לעצם קר, או בניסוח אחר שכמות האי סדר (אנטרופיה) במערכת סגורה יכולה רק לעלות ולא לרדת. (כאשר מצמידים עצם חם, עם רמת אי סדר גבוהה לעצם קר, עם רמת אי סדר נמוכה - שני העצמים יגיעו לבסוף לטמפרטורת ביניים, שתהיה יותר גבוהה מהמצב ההתחלתי של המערכת).^[2]
• חוק מתכות הביניים - חוק זה קובע שההספק התרמו-חשמלי של צמד תרמי הוא פונקציה של הפרש הטמפרטורה בין שני הצמתים וההספק התרמו-חשמלי של שתי המתכות היוצרות את הצומת. חוק זה חיוני כאשר משתמשים בסוגי צמד תרמי שונים ובשילובי מתכות שונים תוך כדי מדידת טמפרטורה.^[3]
• חוק פיצוי צומת קור - חוק זה קובע כי יש למדוד את המתח של מעגל הצמד התרמי בטמפרטורה של צומת הייחוס, כדי לפצות על שינויים כלשהם בטמפרטורת צומת הייחוס שעלולים להתרחש במהלך תהליך המדידה.^[3]

לצמדים תרמיים שימוש נרחב בטכנולוגיה למדידת טמפרטורה, למשל בתנורים ובמנועים.^[4] שימוש נוסף בצמד תרמי, לא למדידה אלא כמקור לאנרגיה חשמלית, נעשה בגנרטור רדיואיזוטופי תרמואלקטרי.^[5]