Propriedades Térmicas dos Materiais

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO

BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA

DANDARA TOURINHO MACIEL

EVENLLY MICHAELA FIGUEREDO BOAVENTURA

IGOR LEANDRO CARDOZO BAIMA

MARLYANNE KERCY GOMES E SILVA

NATACHA STEPHANY SOUSA DA SILVA

PAULO VIEIRA DA SILVA

PEDRO JORDAN SILVA CARVALHO

RAFAEL MOREIRA LIMA CORTEZ BRUZACA

THYMISSON SOUSA DA PAIXÃO

WELTON SANTOS DE OLIVEIRA

WENILDO DA COSTA SILVA

PROPRIEDADES TÉRMICAS DOS MATERIAIS

SÃO LUÍS

2015

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO

BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA

DANDARA TOURINHO MACIEL

EVENLLY MICHAELA FIGUEREDO BOAVENTURA

IGOR LEANDRO CARDOZO BAIMA

MARLYANNE KERCY GOMES E SILVA

NATACHA STEPHANY SOUSA DA SILVA

PAULO VIEIRA DA SILVA

PEDRO JORDAN SILVA CARVALHO

RAFAEL MOREIRA LIMA CORTEZ BRUZACA

THYMISSON SOUSA DA PAIXÃO

WELTON SANTOS DE OLIVEIRA

WENILDO DA COSTA SILVA

PROPRIEDADES TÉRMICAS DOS MATERIAIS

[pic 1]

SÃO LUÍS

2015

“Quanto mais você racionaliza, menos você cria. ”

Raymond Chandler

Sumário

1. Introdução .......................................................................................................5

2. Propriedades Térmicas....................................................................................6

2.1 Condutividade Térmica...................................................................................6

2.2 Expansão Térmica..........................................................................................7

2.3 Condutividade Térmica...................................................................................8

2.4 Tensões Térmicas........................................................................................11

3. Anexos..........................................................................................................14

4. Referências Bibliográficas.............................................................................18

Introdução

Propriedades térmicas é caracterizado pela resposta de um material à aplicação de calor. Com a absorção de calor ocorrem mudanças no material tais como: o aumento da temperatura e um possível aumento nas dimensões.

A capacidade calorífica, a expansão térmica e a condutividade térmica são propriedades normalmente críticas para utilizações práticas de um sólido.

1. Propriedades Térmicas

1.  Capacidade calorífica:

A capacidade calorífica, C, (J/mol.K) de um material é a quantidade de energia requerida para provocar a variação de temperatura desse material. Esta propriedade indica a habilidade do material de absorver calor dos arredores.  Passa a ser chamado de calor específico, c, quando a unidade for J/kg.K.

C= dQ/dT

Onde T é a variação de temperatura absoluta e Q é o calor trocado ou a quantidade de calor necessária para provocar uma variação de temperatura.

Quando o aquecimento é efetuado a volume constante e, portanto, não há trabalho externo envolvido (lembre a 1a Lei da Termodinâmica: U = Q + W e W=0), define-se o calor específico, c, U = Q + W (W=0) então U = Q, diferenciando em função de T. A origem dessa expressão vem da análise da transferência de calor a volume constante obtivemos a variação da energia interna a partir da ∆U = Qv.  

Capacidade Calorífica Vibracional

Na maioria dos sólidos, a principal modalidade de energia térmica é por meio do aumento da Energia Vibracional dos átomos. Como sabemos, os materiais em si possuem átomos que estão constantemente em vibração, com frequências muito altas e amplitudes relativamente baixas.

As vibrações em si, estão acopladas as ligações atômicas, por isso são produzidas ondas que se propagam pela rede. Essas ondas são conhecidas como ondas sonoras ou elásticas.

(Ver anexo A)

OBS: Para um material, é necessário uma série de ondas elásticas com uma faixa de distribuição e frequência.

Apenas alguns valores de energia são permitidos, sendo assim, essa energia é dita que está sendo quantizada. E um único quantum de energia vibracional é chamado Fônon. Tecnicamente, as próprias ondas são denominadas fônons.

As ondas vibracionais participam da condução térmica e eletrônica.

Dependência da capacidade calorífica em relação à temperatura:

A variação da contribuição vibracional para a capacidade calorífica a volume constante em função da temperatura para vários sólidos cristalinos é exemplificada na equação:

Cv=AT³

Onde Cv=capacidade calorífica com volume constante;

A=constante independente da temperatura;

T=temperatura absoluta.

O valor de Cv é igual a zero a 0K, mas aumenta rapidamente com a temperatura, isso corresponde a uma maior habilidade de as ondas reticulares aumentar a sua energia média com aumento da temperatura.

Para muitos materiais sólidos, o valor de Od é inferior à temperatura ambiente, e 25J/mol-K é uma aproximação razoável para o valor de Cv à temperatura ambiente. Acima da temperatura de DEBYE Od, O valor de Cv se estabiliza e se torna essencialmente independente da temperatura, em um valor de aproximadamente 3R, onde R é a constante dos gases.

Outras contribuições para a capacidade calorífica:

Existem outros mecanismos de absorção de energia que podem contribuir para a capacidade calorífica. A exemplo, contribuição eletrônica, já que os elétrons absorvem energia pelo aumento de sua energia cinética. Isso é possível apenas para elétrons livres que foram excitados desde estados preenchidos para estados vazios acima da energia de FERMI.

Outro processo é a absorção de energia em temperaturas específicos, por exemplo, a distribuição dos spins dos elétrons em um material ferromagnético quando aquecido acima de sua temperatura CURIE.