Aufgrund des Seebeck-Effekts entsteht in einem Thermoelement eine kleine Spannung, die auftritt, wenn zwei unterschiedliche Metalle an zwei Verbindungsstellen verbunden werden und zwischen ihnen ein Temperaturgradient besteht. Dieses Phänomen führt dazu, dass Elektronen von der heißen Verbindungsstelle zur kalten Verbindungsstelle fließen und so ein Spannungspotential zwischen den beiden Verbindungsstellen entsteht. Die Größe dieser Spannung hängt von der Art der im Thermoelement verwendeten Metalle und dem Temperaturunterschied zwischen den Verbindungsstellen ab. Die von einem Thermoelement erzeugte Spannung liegt typischerweise im Millivolt-Bereich, was relativ klein ist, aber für genaue Temperaturmessungen in verschiedenen industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen ausreicht.
Wenn ein Thermoelement Hitze ausgesetzt wird, erzeugt es aufgrund des Seebeck-Effekts eine kleine Spannung. Dieser Effekt führt dazu, dass der Temperaturunterschied zwischen den beiden Anschlüssen des Thermoelements einen entsprechenden Spannungsunterschied erzeugt. Der heißere Übergang erzeugt aufgrund des durch den Temperaturgradienten verursachten Unterschieds im Elektronenfluss eine höhere Spannung im Vergleich zum kälteren Übergang. Dieses Prinzip bildet die Grundlage dafür, wie Thermoelemente Temperaturunterschiede in messbare elektrische Signale umwandeln, die dann zur Bestimmung der Temperatur der Umgebung oder des Objekts, dem das Thermoelement ausgesetzt ist, verwendet werden können.
Thermoelemente haben aufgrund ihres Designs und ihrer Konstruktion aus dünnen Drähten aus unterschiedlichen Metallen eine geringe Wärmekapazität. Die dünnen Drähte ermöglichen eine schnelle Reaktion auf Temperaturänderungen und machen Thermoelemente zu äußerst reaktionsschnellen Sensoren für die Temperaturmessung. Diese geringe thermische Masse stellt sicher, dass Thermoelemente Temperaturänderungen schnell registrieren und Schwankungen in der Umgebung oder dem überwachten Material genau widerspiegeln können. Diese Eigenschaft ist bei Anwendungen von Vorteil, die eine Echtzeit-Temperaturüberwachung und -steuerung erfordern, beispielsweise in industriellen Prozessen, HVAC-Systemen und wissenschaftlicher Forschung.
Die Ausgangsspannung eines Thermoelements ist tatsächlich sehr klein und liegt typischerweise zwischen einigen Mikrovolt und einigen Millivolt, abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Verbindungen und der Art der verwendeten Thermoelementmaterialien. Dieser Niederspannungsausgang ist proportional zur Temperaturdifferenz und wird häufig durch elektronische Instrumente auf ein messbares Niveau verstärkt. Trotz ihrer geringen Größe ist die von einem Thermoelement erzeugte Spannung für Temperaturmessanwendungen äußerst stabil und zuverlässig, sodass Thermoelemente häufig in Branchen eingesetzt werden, in denen eine präzise Temperatursteuerung und -überwachung von entscheidender Bedeutung ist.
Die von einem Thermoelement erzeugte Spannung hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Art der in den Thermoelementverbindungen verwendeten Metalle und der Temperaturdifferenz zwischen ihnen. Verschiedene Arten von Thermoelementen, wie z. B. Typ K, Typ J oder Typ T, erzeugen aufgrund ihrer einzigartigen Materialzusammensetzung unterschiedliche Spannungsausgänge bei gleicher Temperaturdifferenz. Im Allgemeinen erzeugen Thermoelemente Spannungen im Bereich von einigen Mikrovolt bis einigen Millivolt pro Grad Celsius Temperaturunterschied. Beispielsweise erzeugt ein Thermoelement vom Typ K typischerweise etwa 41 Mikrovolt pro Grad Celsius Temperaturunterschied zwischen seinen beiden Verbindungsstellen. Dieser Spannungsausgang wird kalibriert und mit Referenztabellen oder Gleichungen verwendet, um die vom Thermoelement gemessene Temperatur genau zu bestimmen.