CONDUTIVIDADE TERMAL

SUMÁRIO

1.INTRODUÇÃO

2.CONCEITO

2.1.CONDUTIVIDADE ELÉTRICA

2.2.CONDUTIVIDADE TÉRMICA

2.3.RELAÇÃO ENTRE AS CONDUTIVIDADES

3.IMPORTÂNCIA PARA AS ENGENHARIAS E APLICAÇÃO

4.MATERIAIS COMUNS

5.MATERIAIS CONDUTORES

6.MATERIAIS ISOLANTES

7.MATERIAIS SEMICONDUTORES

8.CONCLUSÃO

9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. INTRODUÇÃO

A utilização de materiais específicos na área de engenharia é essencial para que um projeto seja o melhor possível. Esses materiais devem apresentar características muito importantes, e uma destas características é a condutividade.

Condutividade é a facilidade com que determinado material tem de transferir “energia”. Normalmente, há dois tipos de condutividade: elétrica e térmica, ambas dependem da composição físico-química. Ou seja, mudando a composição química ou estado físico do material é possível transformá-lo de um material isolante em um condutor, essa propriedade é muito importante para que o engenheiro possa ter várias opções no momento de escolher o que será utilizado.

Condutividade elétrica é a facilidade que um material tem de transferir corrente elétrica. Enquanto a condutividade térmica é a facilidade em transferir calor. Estes dois tipos de condutividade podem coexistir em um mesmo material, como nos metais, e este trabalho tem o objetivo de explicar a razão.

2. CONDUTIVIDADE

A matéria tem constituição discreta, ou seja, é formada por partículas muito pequenas denominadas de átomos, o qual pode ser subdividido em prótons, dotados de carga positiva, elétrons, de carga negativa, e nêutrons, de carga nula. Enquanto prótons e nêutrons estão fixos no núcleo atômico, os elétrons orbitam em torno deste em uma região denominada eletrosfera, de modo que aqueles situados na camada de valência, a mais afastada do núcleo, têm maior liberdade de interagir com as eletrosferas de outros átomos. Essas interações constituem ligações químicas, as quais podem ser metálicas, iônicas ou covalentes. Em cada tipo de ligação há um maior grau de mobilidade eletrônica, o qual está diretamente relacionado com o comportamento elétrico de um material.

Um critério de classificação dos materiais baseia-se no grau de dificuldade apresentado à passagem de corrente elétrica, sendo esta caracterizada por um movimento ordenado de cargas no interior do material, quando este é submetido a um campo elétrico. Esse grau é chamado de resistência elétrica, grandeza dependente das dimensões do material e de um valor denominado resistividade, variável com a temperatura e com a natureza deste. Matematicamente, pode-se escrever:

R = ρ∙L/S

Onde: R - resistência elétrica

L – comprimento

S – área

ρ – Resistividade

Quanto menor a resistência apresentada por uma material, maior sua capacidade em conduzir corrente elétrica, definida pela condutividade, de valor inverso ao da resistividade. Podemos, então, utilizar essas grandezas como forma de classificação dos materiais: aqueles de maior condutividade, geralmente metais, são denominados condutores, enquanto os de condutividade desprezível, geralmente não-metais, são denominados isolantes. Existem também os semicondutores, de valores intermediários e variáveis de condutividade.

A condutividade é uma propriedade que determinados materiais têm de transportar cargas elétricas ao longo de sua rede de átomos, e em oposição a esse movimento existe a resistividade.

2.1. CONDUTIVIDADE ELÉTRICA

Representada pela letra, é indicada para especificar as características elétricas de um material. É inversamente proporcional a resistividade e indica com facilidade o quanto de corrente elétrica um material é capaz de transportar. A unidade segundo o Sistema Internacional (SI) é a recíproca de ohm-metro, isto é, [(Ω-m)-1]

Os materiais sólidos conduzem de forma espantosa a condutividade elétrica e a forma de classifica-los é de acordo com a facilidade com que conduzem uma corrente elétrica. Essa corrente é dividida em três grupos, sendo:

I. Condutores

II. Semicondutores

III. Isolantes

Os materiais metálicos são considerados bons condutores de eletricidade (107 (Ω-m) -1), os com baixas condutividades são os isolantes elétricas (10-10 e 10-20 (Ω-m) -1) e entre os dois se encontra os semicondutores que são os materiais com condutividades intermediárias (10-6 e 104 (Ω-m) -1).

2.2. CONDUTIVIDADE TÉRMICA

É representado pela letra k, é usado para medir a habilidade de um material em conduzir calor por unidade de tempo, através da unidade de área de um condutor térmico no qual existe um gradiente de temperatura uniforme igual a um grau de temperatura, por unidade de comprimento. O inverso da condutividade térmica é a resistividade térmica. Sua unidade de medida segundo o SI é watt por metro e por kelvin, sendo watt o análogo ao joule por segundo.

Estruturas feitas com materiais de altas condutividades térmicas conduzem calor de forma mais rápida e eficiente que os materiais com baixa condutividade térmica. Com isso, os materiais com baixa condutividade térmica são usados como dissipadores de calor e os de baixa condutividade como isolantes térmicos.

Cada material possui sua própria característica de condutividade térmica, que depende de forma geral da temperatura e pureza do mesmo. De forma geral, os materiais tornam-se mais condutores de calor com o aumento da temperatura.

2.3. RELAÇÃO ENTRE AS CONDUTIVIDADES

Nos metais, a condutividade térmica esta relacionada com a condutividade elétrica segundo a lei Wiedemann-Franz, uma vez que os elétrons de condução, além de possibilitarem a corrente