O princípio de funcionamento de um termopar baseia-se no efeito de Seebeck:qualquer diferença de temperaturas entre as junções de dois metais diferentes gera uma diferença de potencial, isto é, força electromotriz entre os dois pontos extremos, dando origem a uma corrente no circuito. Para uma temperatura uniforme (T), o valor de fem depende dos materiais e da sua temperatura absoluta:

fem= f (T, metal 1, metal 2)

Este princípio (efeito termoeléctrico) tem a contribuição de dois efeitos: o efeito de Peltier e o efeito de Thompsom.

b) Efeito de Peltier

Sempre que uma junção de dois materiais é percorrido por uma corrente eléctrica, desenvolve-se nesta uma quantidade de calor proporcional à corrente que o atravessa. Isto é, a intensidade e sinal de fem, criados nas junções, são dependentes da sua temperatura, mas independente do modo como a junção foi feita.

c) Efeito de Thompsom

Num material condutor homogéneo sujeito a uma diferença de temperatura entre as extremidades, cria-se uma força electromotriz entre estas devido á mobilidade de electrões desde a zona mais quente para a zona mais fria.

Por combinação dos dois efeitos, a fem é dada por:

onde a e b são constantes, T1 é a temperatura da junção quente e T2 é a temperatura da junção fria (normalmente tomada como temperatura de referência a 0 ºC).

Em suma, os efeitos termoeléctricos expostos estão interligados.

Segundo a contribuição do efeito de Peltier e Thompsom, o potencial é determinado pelos três factores seguintes:

O potencial é proporcional à diferença de temperatura entre as junções;
O potencial depende da combinação de metais diferentes;
O potencial depende da homogeneidade do material;

Para determinar a temperatura da junção quente a partir da fem é necessário ter em conta as seguintes leis:

LEI DOS METAIS INTERMÉDIOS

Seja um termopar um conjunto de dois metais A e B diferentes, cujas junções estão à temperatura T1 e T2. A fem gerada nesse termopar não se altera se se colocar numa, ou em ambas as junções, diferentes metais entre A e B, desde que esse metal esteja à temperatura inicial das junções desse metal.

LEI DAS TEMPERATURA INTERMÉDIAS

Sejam dois termopares constituídos pelos mesmos metais A e B. Um termopar (P1) possui as suas junções à temperatura T1 e T2, e o outro (P2) às temperaturas T2 e T3. Seja um outro termopar (P3) constituído pelos metais A e B, mas cujas junções estejam às temperaturas T1 e T3. Então a fem gerada por P3 é dada pela soma das fem geradas por P1 e P2.

A figura abaixo mostra o esquema da ligação de um termopar ao instrumento de medida que indicará uma voltagem proporcional à diferença (T1 - T2). Normalmente o instrumento de medida e o termopar necessitam de estar relativamente afastados; a sua interligação é efectuada através de condutores de cobre.