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Eduarda

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6ª Semana  - 7º Ano - Forma de Propagação do Calor, Isolantes e Condutores Térmicos

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Eduarada

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Danillo Domingos Pimentel

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Isolante Termico
Miguel

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EDUARDA

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Condutibilidade elétrica(Saulo Drumond da Costa)

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Condutibilidade elétrica(Saulo Drumond da Costa)

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Condutores, no contexto da física e da engenharia elétrica, são materiais nos quais as cargas elétricas se deslocam de maneira relativamente livre. Quando tais materiais são carregados em alguma região pequena, a carga distribui-se prontamente sobre toda a superfície do material.

Nos sólidos que possuem elétrons livres, como os metais, é possível que a carga elétrica seja transportada através deles, por isso dizemos que são condutores de eletricidade. Nesses materiais, o movimento de cargas elétricas é composto por cargas negativas. Materiais como cobre, alumínio, ouro e prata são bons condutores.

Sais, quando dissolvidos ou fundidos, subdividem-se em partículas eletricamente carregadas que, agora livres, também permitem o movimento de cargas em seu interior.

Isolantes não permitem o movimento de cargas elétricas em seu interior. Entretanto, se a tensão elétrica aplicada em suas extremidades for superior à sua rigidez dielétrica, tornar-se-á um condutor.

Trabalhos realizados sobre uma nova classe de condutores, feitos a partir de polímeros, foi o motivo que concedeu o Nobel de Química de 2000 aos seus premiados.

Propriedades

Em alguns materiais, como nos metais, o elétron mais externo em cada átomo é livre de se movimentar pelo material; existe assim uma "nuvem" muito densa de elétrons (elétrons de condução), com densidade constante se o material for homogêneo. Esse tipo de material é designado de condutor.

Se o condutor for colocado numa região onde existe campo elétrico, como a nuvem eletrônica tem carga negativa, desloca-se em sentido oposto às linhas de campo. Assim, acumulam-se eletrões num extremo, ficando com excesso de carga negativa, e no extremo oposto aparece uma carga do mesmo valor mas com sinal positivo (falta de eletrões).

Nos materiais isoladores, os eletrões estão ligados a cada átomo. Quando uma carga externa é colocada perto do material, os eletrões e protões de cada átomo deslocam-se na direção das linhas de campo mas em sentidos opostos, sem sair do átomo. Assim cada átomo deforma-se criando um pequeno dípolo elétrico; nomeadamente, um sistema com carga total nula, mas com as cargas positivas e negativas separadas por uma pequena distância.

Quando uma tensão elétrica é aplicada entre duas extremidades de um condutor, uma corrente elétrica é estabelecida, fluindo de uma extremidade até outra. A oposição que o condutor faz à passagem dessa corrente, numa determinada tensão, pode ser caracterizada pela relação:

Onde é o valor da tensão aplicada, medida em Volts e é o valor da corrente fluindo pelo condutor, medida em Ampères. é a resistência elétrica, medida em Ohms.

Condutores que apresentam sempre uma determinada corrente elétrica fluindo, em determinada tensão, consequentemente tem sempre a mesma resistência. Tais condutores são denominados ôhmicos, por obedecerem a lei de Ohm. Quaisquer outros condutores que não se comportem consistentemente com tal lei são denominados não-ôhmicos.

Resistividade

A propriedade elétrica que determina se um material apresenta grande ou baixa resistência à passagem da corrente elétrica é a denominada: resistividade elétrica, típica de cada material e representada pela letra grega ρ. Esta é mensurada através da resistência(R), área de secção transversal(A) e distância entre os pontos de condução(l). A sua fórmula é:

ρ = R*A/l

E sua unidade de medida é o ohm-metro (Ω-m).

Condutividade

Mas para se determinar se um material é bom ou mau condutor usa-se outra grandeza elétrica: a condutividade, representada pela letra grega, σ (lê-se sigma). Que nada mais é que o inverso da resistividade elétrica, ou seja:

σ = 1/ρ

Sua unidade de medida é o [(Ω-m)^-1].

Condutores: apresentam condutividade alta, em torno de 10^7 [(Ω-m)^-1].

A figura ao lado mostra uma tabela com os valores de condutividade elétrica para alguns metais e ligas:

A condutividade elétrica está ligada fortemente ao número de elétrons disponíveis para a condução e estes buscam preencher os estados de energia mais baixos (estabilidade) a não ser que sejam submetidos à ação de forças externas (campo elétrico, por exemplo).

a) Típica de metais que apresentam um elétron na camada s; b) Encontrada em outros metais, há superposição de bandas (vazia com preenchida); c) Típica de isolantes, apresenta grande espaçamento entre bandas (gap); d) Característica dos semicondutores, tem distância pequena (< 2 eV) entre as bandas.

Nos metais há imperfeições na estrutura cristalina que os levam a alterar sua resistividade, e por consequência sua condutividade. Segue abaixo a representação equacional dos responsáveis pela resistividade dos metais:

ρtotal = ρt + ρi + ρd (regra de Matthiessen)

Para os condutores, o aumento da temperatura resulta diretamente num aumento de resistividade, por conta de haver mais choques entre elétrons o que dificulta seu movimento ordenado. Tal aumento é linear e definido pela fórmula:

ρt = ρo + αT

sendo ρo e α, constantes para cada material específico.

Referências

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Condutores, no contexto da física e da engenharia elétrica, são materiais nos quais as cargas elétricas se deslocam de maneira relativamente livre. Quando tais materiais são carregados em alguma região pequena, a carga distribui-se prontamente sobre toda a superfície do material.

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Os raios são descargas elétricas que geralmente partem das nuvens de chuvas que se dirigem ao solo ( Sarah Diniz )

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Os raios são descargas elétricas que geralmente partem das nuvens de chuvas que se dirigem ao solo ( Sarah Diniz )

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Isolante termico é uma ponta de algum material ,na qual as pessoas podem segurar sem se queimar (REBECA)

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Magnetismo:atrai ferro e aço (Danillo Domingos Pimentel)

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Isolante Termico.
(Miguel)

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Nota: Para outros significados de Isolante, veja Isolante.

Chama-se isolante térmico a um material ou estrutura que dificulta a dissipação de calor, usado na construção e caracterizado por sua alta resistência térmica. Estabelece uma barreira à passagem do calor entre dois meios que naturalmente tenderiam rapidamente a igualarem suas temperaturas.

O melhor isolante térmico é o vácuo, mas devido à grande dificuldade para obter-se e manter condições de vácuo, é empregado em muito poucas ocasiões, limitadas em escala. Na prática se utiliza ar, que graças a sua baixa condutividade térmica e um baixo coeficiente de absorção da radiação, constitui um elemento muito resistente à passagem de calor. Entretanto, o fenômeno de convecção que se origina nas câmaras de ar aumenta sensivelmente sua capacidade de transferência térmica. Além disso o ar deve estar seco, sem umidade, o que é difícil de conseguir nas câmaras de ar.

Por estas razões são utilizados como isolamento térmico materiais porosos ou fibrosos, capazes de imobilizar o ar seco e confiná-lo no interior de células mais ou menos estanques. Ainda que na maioria dos casos o gás enclausurado seja ar comum, em isolantes de células fechadas (formados por bolhas não comunicantes entre si, como no caso do poliuretano projetado), o gás utilizado como agente espumante é o que fica finalmente enclausurado. Também é possível utilizar outras combinações de gases distintas, mas seu emprego é muito pouco extenso.

Há vários tipos de materiais sólidos que podem ser bons isolantes, isso depende da utilidade dada, a temperatura de trabalho, ao local de instalação entre outros. Podem-se utilizar como isolantes térmicos: lã de poliéster, produzida a partir de garrafas pet, lã de rocha, fibra de vidro, hidrossilicato de cálcio, manta de fibra cerâmica, perlita expandida, vidro celular, poliestireno expandido, poliestireno extrudado, espuma de poliuretano, aglomerados de cortiça, etc.

Deve-se observar sempre que não existe isolamento térmico perfeito, ou, em outras palavras, todo material ou estrutura constituída por alguma composição de materiais sempre conduz algum calor.

É o material isolante térmico de uso mais antigo. Normalmente é usado na forma de aglomerados, formando painéis. Deve ser tratado contra o ataque de fungos, pois é um material orgânico (de origem biológica). Sua maior vantagem é a inércia térmica que apresenta.

Coeficiente de condutividade para o painel aglomerado: 0,039 W/(m.K)

A lã de rocha é um material isolante térmico, incombustível e imputrescível. Este material se diferencia de outros isolantes pois é um material resistente ao fogo, com um ponto de fusão superior aos 1.200 °C.

As principais aplicações são o isolamento de forros, tanto inclinadas como planas (forro europeu convencional, com lâmina impermeabilizante autoprotegida), fachadas ventiladas, fachadas monocapa, fachadas pelo interior, repartições anteriores, isolamentos acústicos e isolamentos de pisos. Quando se tem um telhado com a amadeiramento no forro, é utilizada com um feltro ou outro revestido como papel kraft, por um lado, favorecendo a colocação. Também é usada para proteção passiva tanto de estruturas, como de instalações e espaços. Lã de rocha é comercializada em painéis rígidos ou semi-rígidos, aglomerados com resinas, feltros, mantas e coquilhas para isolar termicamente tubulações de seção circular. Lã de rocha também é um excelente material para isolamento acústico em construção leve, para pavimentos, tetos e paredes interiores.

A Lã de Rocha é feita a partir da rocha basáltica vulcânica e outros minerais fundidos a alta temperatura (1500°C) para serem transformados em fibras por centrifugação.

Como toda lã mineral, é incombustível. A lã de rocha resiste a temperaturas até 1.000 °C

Densidades: variam de 32 a 160 kg/m³.

Coeficiente de condutividade: 0,030 a 0,041 W/(m.K.)

Conformações da lã de rocha

Se trata de fibras de lã de rocha entrelaçadas. É adequada para isolar elementos construtivos horizontais, sempre que seja colocada na parte superior. Na vertical necessita de amarramento ou grampos para evitar que acabe embolsando na parte inferior do elemento e na parte inferior de um elemento horizontal não fixado. Podem vir normalmente protegida por papel kraft, papel betumado ou malha de metal leve.

Painéis rígidos

Se tratam de painéis aglomerados com alguma resina epóxi, que lhe confere uma certa rigidez. Serve para elementos construtivos verticais e horizontais pela parte inferior, de maneira a se obter um coeficiente de condutividade ligeiramente inferior ao da manta.

Coquilhas (meias canas) de lã de rocha

Quando se tem um telhado de telhas com um forro em amadeiramento e se deseja isolá-lo com lã de vidro deve-se usar um produto para tal fim, que é uma lã de vidro em painéis com maior densidade, hidrófugo e higroscópico. Quando se tem um teto de folha de chapa, a linha de produto que se deve utilizar é o revestimento com uma folha de alumínio reforçado em uma face para que atue para o aumento da resistência mecânica, como barreira de vapor e como material refletivo.

Coeficiente de condutividade: 0,065 a 0,056 W/m·K (0,056 a 0,049 kcal/h·m·°C)

Como no caso anterior se vende na forma de manta, de painéis aglomerados e coquilhas de isolamento de tubulações.

A Lã de Vidro é feita semelhante ao da lã rocha, porém com sílica e o sódio (areia e vidro). São fundidos em alta temperatura e centrifugados (1800°C). Formam fios finos e adicionados com resina sintética.

Este isolamento é a versão natural e ecológica dos isolamentos lanosos.

Diferentemente da lã de rocha ou da lã de vidro, a lã de ovelha é obtida de forma natural e não necessita, obviamente, de tratamento a altas temperaturas para ser produzida.

É muito resistente e um regulador de umidade muito eficiente, fato que contribui enormemente no conforto no interior das edificações.

Coeficiente de condutividade: 0,043 W/m.K

Como nos casos anteriores é vendida na forma de manta, de painéis aglomerados e também em flocos.

Embora atualmente seja relativamente pouco usado, é um material muito interessante, devido que além de um isolante térmico é uma barreira de vapor muito eficiente, o que não é normal nos isolantes térmicos.

É constituído por vidro reciclado e geralmente colorido suavemente, pois não existe problemas com a cor do produto, com o qual é feita uma espuma a quente, deixando células estanques com gás enclausurado, que atuam como meio isolante. Como mencionado, ele funciona adequadamente como uma barreira de vapor, o que torna este material muito adequado para o isolamento de pontes térmicas na construção, como pilares em paredes. Sua rigidez torna-se mais adequada do que outros isolante para cobri-lo de gesso.

O material de espuma de poliestireno, mais conhecido em Portugal como Esferovite e no Brasil como Isopor, é um isolante derivado do petróleo e do gás natural do qual se obtém o polímero plástico do estireno na forma de grânulos. Para construir um bloco de, por exemplo, 1 m³, se incorpora num recipiente metálico uma certa quantidade do material que tem relação com a densidade final do mesmo e ao injetar vapor d'água se expandem os grânulos até formar um bloco. Este é cortado em placas da espessura desejada para sua comercialização mediante um arame metálico quente.

Devido a sua combustibilidade são incorporados retardantes de chama na sua produção passando o poliestireno assim composto a ser denominado dificilmente inflamável.

Possui um bom comportamento térmico em densidades que vão de 12 kg/m³ a 30 kg/m³

Tem um coeficiente de conductividade de 0,045 a 0,034 W/m·K, que depende da densidade (por regra geral, uma maior densidade implica menor o coeficiente e, portanto, melhor é o isolamento)

É facilmente atacável pela radiação ultravioleta pelo que deve ser protegido da luz do sol.

Possui uma alta resistência à absorção de água em estado líquido.

Material isolante constituído de espuma de celulose, possui um poder isolante térmico aceitável e é um bom absorvedor de som. Ideal para ser aplicado pela parte inferior de galpões por ser um material 100% ignífugo de cor branca e por sua rapidez ao ser colocado.

Tem um coeficiente de condutividade média de 0,03 W/m·K

Quando submetido a temperaturas superiores a 65 °C posteriormente se fundirá.

A espuma de polietileno se caracteriza por ser econômica, hidrófuga e fácil de ser colocada. Com respeito a seu rendimento térmico pode-se dizer que é de caráter médio. Com respeito a seu acabamento é de cor branca ou também de cor próxima a do alumínio. Tem um coeficiente de condutividade térmica entre 0,036 e 0,046 W/m°C

É comercializada na forma de folhas, blocos ou bastões e tubos, jás adequados ao isolamento de tubulações.

Devido a limitações das temperaturas nas quais pode operar a espuma de polietileno, a similar espuma de polipropileno pode ser empregada com propriedades químicas similares e muito maior resistência térmica, útil no isolamento de tubos de aço em processos químicos industriais.

É comercializada nas mesmas apresentações da espuma de polietileno.

A espuma de poliuretano é conhecida por ser um material isolante de muito bom rendimento. Sua aplicação pode ser realizada desde a parte inferior ou também desde a parte superior. Gera a partir do "ponto de fumo" ácido cianídrico: extraordinariamente tóxico para humanos.

Propriedades

Densidade: 30-80 kg/m³

Resistência a compressão: 200 N/mm²

Condutividade térmica: 0,023 W/m·K

Retardo de chama: B1*

Coeficiente de fricção: μ=0,0135

Tª de trabalho: -50 a 80 °C

Umidade: 0 % a 100%

Pressão dentro do conduto: -2000 a +2000

Ensaio com norma DIN4102: dificilmente inflamável

É um isolante com um excelente rendimento em baixa e média temperatura com fácil instalação, reduzindo ao máximo os custos de mão de obra. Possui em sua estrutura, uma barreira de vapor e um comportamento totalmente ignífugo.

Material muito usado como isolamento térmico em refrigeração, devido a sua ótima densidade. Tem o poder de distribuir, estabilizar e reter a umidade que é gerada pela condensação nos tubos do equipamento.

Para altas temperaturas existe a " fibra-cerâmica" , composta de alumina (Al ₂O ₃) e sílica (SiO ₂) que atualmente vem substituindo nos fornos antigos os concretos refratários, já que estes armazenavam muito calor, dificultando reparos e tendo um maior tempo de manutenção, etc. A "fibra-cerâmica" é mais leve, de fácil aplicação, fácil reparo, não armazena muito calor, suporta temperaturas de 1460°C, não trinca, etc. Geralmente é comercializada na forma de mantas, blocos, massas, etc.

Capacidade de resistir à combustão. Se considera que um plástico tem "retardo de chama" quando não segue ardendo uma vez eliminada a fonte de ignição. O retardo de chama é a propriedade de um material, quer seja inerente ou resultante de uma substância adicionada (um retardante de chama) ou um tratamento aplicado, de suprimir, reduzir de forma significativa ou tornar demorada a propagação de chama. O termo "com retardante de chama" se refere a um material que é tratado com um retardante de chama. Retardante de fogo corresponde à substância adicionada, ou tratamento aplicado, a um material com o propósito de suprimir, reduzir significativamente ou tornar demorada a combustão do material.

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Nota: Para outros significados de Isolante, veja Isolante. Chama-se isolante térmico a um material ou estrutura que dificulta a dissipação de calor, usado na construção e caracterizado por sua alta resistência térmica. Estabelece uma barreira à passagem do calor entre dois meios que naturalmente tenderiam rapidamente a igualarem suas temperaturas.

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KALLIMAN
Aqui na Rijeza fornecemos serviço de ensaio de dureza, mas você sabe exatamente a finalidade desse ensaio e a diferença entre os métodos? O ensaio de dureza é um método utilizado para avaliação dessa propriedade mecânica (dureza) muito utilizada na especificação de materiais nas empresas de diversos segmentos da indústria. Ele é utilizado para atender 3 objetivos:

1 – Ter um conhecimento aproximado da resistência mecânica de um determinado material;

2 – Inspecionar o resultado de um tratamento térmico;

3 – Avaliar a resistência ao desgaste por abrasão e desgaste por erosão dos  materiais.

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(Danillo Domingos Pimentel)

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CONDUTIBILIDADE TERMICA
[Beatriz Alves]

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Cabos elétricos para ajudar na eletricidade ( Sarah Diniz )

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Cabos elétricos para ajudar na eletricidade ( Sarah Diniz )

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Isolante Termico.

(Miguel)

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Esse e um aparelho de eletricidade que passa para toda a cidade ( Sarah Diniz ) 

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Esse e um aparelho de eletricidade que passa para toda a cidade ( Sarah Diniz ) 

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Isolante elétrico (Heitor Pereira)
Condutibilidade elétrica é a propriedade dos materiais relacionado à condução de eletricidade.

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A  densidade explica como é possivel que os navios com massa  de muitas
toneladas nao afundem no mar    Eloah

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Condutibilidade Elétrica (Saulo Drumond da Costa)

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Condutibilidade Elétrica (Saulo Drumond da Costa)

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Animação de Condutividade elétrica feita no Power Point!

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🗻ESCALA DAS PEDRAS DUREZA🗻
(KALLIMAN)

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O que e eletricidade . vamos aprender nesse video ( Sarah Diniz )

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O que e eletricidade . vamos aprender nesse video ( Sarah Diniz )

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Isolante Termico

(Miguel)

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Isolantes térmicos: O que são, modelos e diferenças!

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EDUARDA

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☄DUREZA☄
DUREZA DAS PEDRAS
(KALLIMAN)

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Condutibilidade elétrica e a propriedade dos materias relacionado a condição eletrica (Sarah Diniz )

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Condutibilidade elétrica e a propriedade dos materias relacionado a condição eletrica (Sarah Diniz )

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Magnetismo:eles podem atrair determinados materiais como ferro aço,um material que contém ferro em sua composição (Danillo Domingos Pimentel)

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MAGNETISMOS

Magnetismo é um conjunto de fenômenos relacionados à interação entre campos magnéticos, que são as regiões do espaço que se encontram sob a influência de correntes elétricas ou dos momentos magnéticos de moléculas ou partículas elementares. O movimento de cargas elétricas é o que dá origem aos fenômenos magnéticos.
(Micaelly )

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Atividade de ciencias (Isolante térmico)                              (REBECA)

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(Larissa Sales)

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Isolante elétrico  são materiais como o plástico que protegem a mão do choque já o metal é um bom condutor elétrico pode transmitir choques para as mãos 

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Isolante elétrico  são materiais como o plástico que protegem a mão do choque já o metal é um bom condutor elétrico pode transmitir choques para as mãos 

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(Luiz Henrique)

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シ︎ Algo, que é duro como uma rocha(lhuan Henrique.)

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Condutibilidade Elétrica(Saulo Drumond da Costa)

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Condutibilidade Elétrica(Saulo Drumond da Costa)

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Espero que gostem do meu padlet.(lhuan Henrique.) 🧩

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ATIVIDADE FÍSICA USANDO A PROPRIEDADE DE MATERIAIS (ELASTICIDADE) TIA PRI.

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ATIVIDADE FÍSICA USANDO A PROPRIEDADE DE MATERIAIS (ELASTICIDADE) TIA PRI.

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Exercícios Para Braços, Costas e Ombros Com Elástico

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O isolante elétrico são objetos que protegem a mão de choques como plásticos já o metal é um bom condutor elétrico e pode transmitir choques para as mãos ( Luiz Henrique)

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A dureza, é algo duro que tem uma consistência muito grande! Eu encontrei essa postagem em espanhol.(Lhuan Henrique.)

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Condutibilidade térmica é a propriedade dos materiais relacionada à capacidade de conduzir calor.

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DUREZA🌍
DUREZA SIGNIGICADO IMAGEM (KALLIMAN)

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DENSIDADE E UMA PROPIEDADE QUE RELACIONA  A MASSA DE UM OBJETO AO SEU VOLUME. EDUARDA  

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DENSIDADE E UMA PROPIEDADE QUE RELACIONA  A MASSA DE UM OBJETO AO SEU VOLUME. EDUARDA  

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A condutividade térmica ( ) quantifica a habilidade dos materiais de conduzir energia térmica. Estruturas feitas com materiais de alta condutividade térmica conduzem energia térmica de forma mais rápida e eficiente do que estruturas análogas feitas com materiais de baixa condutividade térmica. Desta maneira, materiais com alta condutividade térmica são utilizados em dissipadores térmicos e materiais de baixa condutividade térmica são utilizados na confecção de objetos que visam a prover isolamentos térmicos, a exemplo, em cobertores. Esta propriedade, que é uma propriedade do material e não do objeto, guarda íntima relação com a equação de transporte de Boltzmann.

A condutividade térmica é uma característica específica de cada material e depende fortemente de sua pureza e da temperatura em que ele se encontrar (especialmente em baixas temperaturas). Em geral, a condução de energia térmica nos materiais aumenta à medida que a temperatura aumenta.

A condutividade térmica equivale numericamente à quantidade de calor transmitida por unidade de tempo através de um objeto com espessura unitária, numa direção normal à área da superfície de sua seção reta , também unitária, devido a uma variação de temperatura unitária entre as extremidades longitudinais. O inverso da condutividade térmica é a resistividade térmica.[2]

A unidade de condutividade térmica segundo o sistema internacional de unidades é o watt por metro e por kelvin, sendo o watt obviamente análogo ao joule por segundo.

Matematicamente, a condutividade térmica relaciona a quantidade de calor transmitida por intervalo de tempo (a potência térmica) através de uma barra de material de comprimento , na direção normal à seção reta de área , com a diferença de temperaturas imposta às extremidades longitudinais. Assume-se o sistema em regime estacionário, e que não há fontes de calor laterais além da atrelada à manutenção da citada diferença de temperaturas entre as extremidades. [3] Matematicamente:

De onde conclui-se que a condutividade térmica do material do qual a barra é feito pode ser experimentalmente determinada pela relação:

.

uma vez que todos os termos à direita são grandezas experimentalmente mensuráveis.

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de medida de condutividade térmica é o watt por metro- kelvin - simbologia: W/(m·K), ou W/m/K. A quantidade recíproca à condutividade térmica é a chamada resistividade térmica que, no Sistema Internacional de Unidades, tem por unidade o metro-kelvin por watt ( ou m·K/W).

Existem várias maneiras de se medir a condutividade térmica. A escolha do método a ser empregado depende do sistema em questão, da temperatura média do sistema, e varia também de acordo com as grandezas com as quais se quer estabelecer a dependência.

Há uma distinção entre técnicas de estado estacionário e técnicas de estado transiente. Em geral, as técnicas de estado estacionário são úteis quando a temperatura do material não muda com o tempo. Isso faz com que a análise do sinal seja direta, uma vez que estados estacionários implicam em sinais constantes. A desvantagem desses métodos é que uma boa engenharia experimental é necessária. Já as técnicas de transiente realizam medições durante o processo de aquecimento. Sua vantagem é a de ser um processo de medida mais rápido. Esses métodos normalmente são realizados por sondas do tipo agulha.

Fatores que influenciam a condutividade

Como dito anteriormente, podemos ver que seu valor depende diretamente do material em questão. A seguir, vamos citar outros fatores que influenciam o valor da condutividade térmica.

Fase do material

Quando um material sofre uma mudança de fase de sólido para líquido ou de líquido para gás, a condutividade térmica geralmente muda. Um exemplo é a mudança na condutividade térmica que ocorre quando a água em sua forma sólida, com condutividade térmica de 2,18 W*m⁻¹*K⁻¹ a 0 °C, derrete e passa a ter condutividade térmica de 0,58 W*m⁻¹*K⁻¹ a 0 °C quando em sua forma líquida. Isso se deve ao fato de que o calor se dá de maneira diferente para cada estado da matéria:

Gases: a transferência de calor por condução se dá através da colisão entre os átomos ou moléculas do gás e, por serem meios mais dispersos, a condutividade é pequena em comparação com a maioria dos sólidos.

Sólidos não metálicos: nestes a transferência de calor se dá através das vibrações da rede. Essa transferência é descrita através de fônons, os quanta das vibrações da rede.

Sólidos metálicos: esses são os melhores condutores de calor. Isso se dá porque os mesmos os elétrons livres responsáveis pela condução elétrica nos metais também participam de maneira significativa do processo de condução térmica. A condução por elétrons justapõe-se à transmissão via vibrações da rede, e a condução térmica dá-se de forma bem mais eficiente.

Estrutura do material

Um cristal puro apresenta condutividade térmica diferente ao longo de cada um dos seus diferentes eixos cristalinos, pois há diferenças no acoplamento dos fônons ao longo dos diferentes eixos do cristal.

Nos metais, a condutividade térmica esta relacionada com a condutividade elétrica de acordo com a lei Wiedemann-Franz, uma vez que os elétrons de condução, além de possibilitarem a corrente elétrica, transferem também energia térmica. No entanto, a correlação entre a condutância elétrica e a térmica só vale para metais, devido a forte influência dos elétrons no processo de transferência de eletricidade e dos fônons no processo de transferência de energia térmica.

O ar e outros gases, na ausência de convecção, geralmente são bons isolantes térmicos. Por isso, muitos dos materiais são isolantes por apresentarem poros que permitem o armazenamento de gases contudo impedem a convecção em grande escala. Exemplos destes materiais incluem polímeros porosos como o isopor, e o aerogel de sílica. Outros isolantes naturais são os biológicos, tais como pelos e penas, que protegem as peles dos animais contra agentes externos. As peles que possibilitam a produção de couro são também excelentes isolantes térmicos.

As cerâmicas são utilizadas nos sistemas de escape para evitar que haja calor sobre componentes a esse sensíveis. Gases pouco densos, como hidrogênio e hélio, normalmente têm condutividade térmica mais acentuada. Já gases densos como xenonio e diclorodifluorometano apresentam baixa condutividade térmica. Uma exceção é o hexafluoreto de enxofre, um gás denso com alta condutividade térmica, devido à sua capacidade térmica elevada. Argônio é um gás mais denso que o ar, e frequentemente é utilizado para preencher o interior de janelas com vidros duplos a fim de melhorar suas características de isolamento térmico.

A tabela acima é autoevidente, contudo algumas considerações adicionais devem ser feitas. A exemplo, é um engano a informação em senso comum de que o ouro ( Κ = 317 W·m⁻¹·K⁻¹) é melhor condutor térmico do que os materiais citados. Na temperatura ambiente, o melhor condutor de calor ainda é o grafeno.

Entretanto, como meio de estabelecer conexões entre partes metálicas de diferentes elementos, de forma a possibilitar calor de uma superfície à outra, o ouro leva muita vantagem sobre os demais materiais, pois sua oxidação ao ar livre é extremamente baixa; resultando numa elevada durabilidade e bom contato físico, elétrico e térmico. Entre os materiais citados, o alumínio seria o pior material para tais tipos de conexões térmicas ou elétricas, devido à sua facilidade de oxidação e à baixa condutividade térmica da superfície oxidada. Por motivos semelhantes, uma conexão via peças de cobre douradas, ao estilo das encontradas nas placas mãe de computadores, também leva vantagens sobre o alumínio e outros metais.

Uma conexão entre superfícies feita de cobre, soldada com prata, constitui uma das melhores combinações práticas para se viabilizar tanto a condução térmica bem como a condução de eletricidade entre dois ou mais pontos.

O inverso da condutividade térmica é a resistividade térmica, geralmente medida em kelvin-metros por watt (K-m/W). Ao lidar com uma quantidade conhecida de material, um objeto em específico, grandezas físicas importantes são a sua condutância térmica e sua propriedade recíproca, à resistência térmica, as quais podem ser facilmente determinadas a partir da geometria do objeto e da condutividade ou resistividade térmicas do material. Embora muito usadas em conjunto, não se deve contudo confundi-las, pois tais grandezas definem-se por diferentes relações constitutivas. A seguir, apresentamos algumas relevantes.

Geralmente, a condutividade térmica é a quantidade de calor que passa por unidade de tempo através de uma prato circular de área unitária (1 m ²) e espessura também unitária (1 m) quando a diferença de temperatura entre suas faces é unitária (1 K). Para um prato com condutividade térmica , a condutância térmica é dada por

e é medida em W*K⁻¹.

A condutividade e a condutância térmicas são quantidades que guardam entre si relações análogas as que guardam entre si as grandezas condutividade elétrica e condutância elétrica.

Coeficiente de calor e outras grandezas

Outra quantidade interessante relacionada à solução de problemas envolvendo condução térmica é o coeficiente de transferência de calor U, grandeza derivada da incorporação da espessura do material à sua característica de natureza intrínseca. Esta quantidade é normalmente utilizada quando tem-se um sistema composto pela justaposição de diversas camadas de diferentes materiais, cada qual com sua espessura própria, sendo definida de forma a permitir uma soma simples a fim de se obter um coeficiente global para o sistema. A última grandeza determina a quantidade de energia, sob a forma de calor, que passa por segundo através de cada metro quadrado de superfície, quando a diferença de temperatura entre as extremidades do sistema composto é de 1 K.

onde P é a potência térmica atrelada ao sistema.

A relação entre a condutividade térmica e o coeficiente de transferência de calor é dada por

.

A reciproca do coeficiente de transferência de calor é o isolamento térmico. Em resumo:

Condutância térmica , cuja unidade é o watt por kelvin (W/K), propriedade do objeto.

Resistência térmica , cuja unidade é o kelvin por watt (K/W); propriedade do objeto.

Coeficiente de transferência de calor , cuja unidade é o watt por kelvin e por metro quadrado (W/(K.m²)).

Isolação térmica , medida em kelvin metro quadrado por watt (K.m²/W).

Conforme definida acima, a resistência térmica de um sistema (objeto) ou seção reta desse define-se como a razão entre o comprimento da seção e a condutividade térmica do material do qual é feita.

Quando temos resistências térmicas em série, estas são adicionadas. Assim, quando há calor através de duas seções justapostas, cada um com uma resistência de 1 °C*W⁻¹, a resistência total é de 2 °C*W⁻¹. Um dos problemas mais comuns no design de engenharia envolve a seleção de um dissipador térmico com tamanho adequado para uma determinada fonte de calor. Trabalhar em unidades de resistência térmica simplifica o projeto. A seguinte fórmula pode ser usada para estimar o desempenho

onde é a resistência térmica máxima do dissipador de calor à temperatura ambiente, é a potência térmica e é a resistência térmica da fonte de calor.

Um terceiro termo é a transmitância térmica, que incorpora a condutividade térmica de uma estrutura com a transferência de calor devido à convecção e a radiação. Esta é medida nas mesmas unidades da condutividade térmica e é conhecida como a condutibilidade térmica de compósito.

Referências

Leitura adicional

Callister, William (2003). "Appendix B". Materials Science and Engineering - An Introduction. [S.l.]: John Wiley & Sons, INC. 757 páginas. ISBN 0-471-22471-5

Halliday, David; Resnick, Robert; & Walker, Jearl (1997). Fundamentals of Physics (5ª ed.). John Wiley and Sons. ISBN 0-471-10558-9.

Srivastava G. P (1990), "The Physics of Phonons." Adam Hilger, IOP Publishing Ltd, Bristol.

TM 5-852-6 AFR 88-19, volume 6 (Army Corp of Engineers publication)

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A condutividade térmica () quantifica a habilidade dos materiais de conduzir energia térmica. Estruturas feitas com materiais de alta condutividade térmica conduzem energia térmica de forma mais rápida e eficiente do que estruturas análogas feitas com materiais de baixa condutividade térmica.

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Bons e maus condutores

(Larissa Sales)