Condutividade térmica

O que é condutividade térmica?

Prefácio

Primeiro vamos entender o conceito de condução de calor. Você já ouviu o termo "piso frio", certo?

Em dias frios quando pisamos descalços no piso frio temos a impressão que ele é mais "frio" que outros materiais da casa. Mas por que isso acontece?

Achamos que o "piso frio" é mais frio porque ele tem maior condutividade térmica que os outros materiais (como piso de madeira).

Em outras palavras, o calor do seu pé se dissipa mais rápido nesses materiais que em um chinelo (ou tapete) por exemplo.

Definição

A condutividade térmica (frequentemente denotada por k, λ ou κ) refere-se à capacidade intrínseca de um material para transferir ou conduzir calor.

É um dos três métodos de transferência de calor, os outros dois sendo convecção e radiação.

Os processos de transferência de calor podem ser quantificados em termos de equações de taxas apropriadas.

De acordo com a wikipedia ...

O Condutividade térmica de um material é uma medida de sua capacidade de conduzir calor. A transferência de calor ocorre em uma taxa mais baixa em materiais de baixo Condutividade térmica do que em materiais de alto Condutividade térmica. Por exemplo, os metais normalmente têm alta Condutividade térmica e são muito eficientes na condução de calor, enquanto o oposto é verdadeiro para materiais isolantes.

Bons condutores de calor

Metais e pedras são bons condutores.

Bons condutores de eletricidade também costumam ser bons condutores de calor. Exemplos:
  • cobre;
  • ouro;
  • prata;
  • alumínio.

Exemplos de maus condutores de eletricidade

Materiais isolantes de eletricidade tendem a ser maus condutores de calor. Exemplos:
  • madeira;
  • plástico;
  • borracha.

A constante de condutividade térmica

Pesquisadores determinaram a constante de condutividade térmica para vários materiais, inclusive os que falo aqui no meu blog.

Com essa informação podemos estimar a velocidade de transferência de calor e resfriamento, assim como a extensão de uma zona afetada pelo calor em processos de soldagem. Este é apenas um dos usos possíveis desta constante.

Índice

Você pode esperar que este artigo cubra:

  • O que significa Condutividade térmica
  • Usos de condutividade térmica
  • Como reduzir Condutividade térmica
  • Como Condutividade térmica é medido
  • Pode Condutividade térmica ser negativo
  • Condutividade térmica vs calor específico
  • Condutividade térmica vs condutividade elétrica
  • Condutividade térmica vs coeficiente de transferência de calor
  • Condutividade térmica vs temperatura
  • Condutividade térmica vs difusividade
  • Condutividade térmica vs capacidade de calor
  • Condutividade térmica vs resistência térmica
  • Como Condutividade térmica muda com a temperatura
  • O Condutividade térmica muda com a espessura
  • Como pode Condutividade térmica de um líquido ser obtido
  • Como funciona o detector Condutividade térmica
  • Como converter unidades Condutividade térmica
  • Como calcular Condutividade térmica
  • Equação de condutividade térmica
  • O que é coeficiente Condutividade térmica
  • Como calcular o coeficiente de transferência de calor de Condutividade térmica
  • Como calcular a resistência térmica de Condutividade térmica
  • Qual material tem o maior Condutividade térmica

O que significa Condutividade térmica

A condutividade térmica pode ser definida como a taxa na qual o calor é transferido por condução através de uma área de seção transversal unitária de um material, quando um gradiente de temperatura sai perpendicular à área.

Usos de condutividade térmica

Aplicações de dissipadores de calor.

Se um metal tem Condutividade térmica alto, ele é usado em aplicações de dissipador de calor.

Por outro lado, se o metal tiver baixo Condutividade térmica, ele é usado em aplicações de isolamento térmico.

Pode Condutividade térmica ser negativo

O Condutividade térmica não pode ser negativo.

Condutividade térmica vs calor específico

A condutividade térmica é a capacidade de transferir calor, enquanto o calor específico é a capacidade de reter uma determinada quantidade de calor.

Condutividade térmica vs condutividade elétrica

Por definição, a condutividade elétrica é uma medida de quão bem a corrente elétrica (carga em movimento) pode passar por um material sob a influência de uma tensão / campo elétrico aplicado.

A condutividade térmica mede o quão bem o calor (energia térmica em movimento) pode passar por um material sob um diferencial de temperatura.

Condutividade térmica vs coeficiente de transferência de calor

O Condutividade térmica do fluido está relacionado à difusão molecular espacial do calor por todo o fluido.

O coeficiente de transferência de calor por convecção está relacionado ao transporte de calor devido ao movimento em massa do fluido acima ou ao redor de um sólido.

Condutividade térmica vs temperatura

A temperatura em Condutividade térmica é diferente para metais e não metais.

O efeito da temperatura em Condutividade térmica é diferente para metais e não metais.

Nos metais, a condutividade do calor é principalmente devida aos elétrons livres.

Em ligas, a mudança na condutividade elétrica é geralmente menor e, portanto, Condutividade térmica aumenta com a temperatura, muitas vezes proporcionalmente à temperatura.

Condutividade térmica vs difusividade

A principal diferença entre Condutividade térmica e difusividade é que Condutividade térmica se refere à capacidade de um material de conduzir calor, enquanto a difusividade térmica se refere à medição da taxa de transferência de calor de um material de sua extremidade quente para a extremidade fria.

Condutividade térmica vs capacidade de calor

A condutividade térmica descreve a capacidade de um material de conduzir calor, e a capacidade de calor específica informa a quantidade de energia térmica absorvida ou liberada, dependendo da diferença de temperatura e da massa "1".

Condutividade térmica vs resistência térmica

A condutividade térmica é uma propriedade do material e descreve a capacidade de determinado material de conduzir calor.

A resistência térmica é outra propriedade térmica inerente a um material e é a medida de como um material de uma espessura específica resiste ao fluxo de calor.

Como Condutividade térmica muda com a temperatura

EM GERAL, o Condutividade térmica dos gases aumenta com a temperatura.

A teoria cinética dos gases explica por quê.

A condutividade térmica dos líquidos diminui com o aumento da temperatura à medida que o líquido se expande e as moléculas se separam.

O Condutividade térmica muda com a espessura

Não muda.

A transmissão térmica em um determinado material depende da propriedade térmica (neste caso o Condutividade térmica) e da espessura desse material.

Como pode Condutividade térmica de um líquido ser obtido

A condutividade térmica pode ser calculada dividindo o fluxo de calor aplicado ao tubo interno para a distribuição de temperatura dentro do fluido que flui dentro do tubo.

Portanto, usando termopares, você mede as temperaturas radiais no fluido e, assim, calcula Condutividade térmica.

Como funciona o detector Condutividade térmica

Por ter dois tubos paralelos, ambos contendo gás e bobinas de aquecimento.

Os detectores de condutividade térmica funcionam com base no princípio da transferência de calor por convecção (resfriamento de gás).

A mudança de temperatura de um RTD ou termistor aquecido causada pela exposição a uma mistura de gás com a mudança do valor de calor específico indica quando uma nova espécie de amostra sai da coluna do cromatógrafo.

Equação de condutividade térmica

K = (QL) / (AΔT).

Cada substância tem sua própria capacidade de conduzir calor.

O Condutividade térmica de um material é descrito pela seguinte fórmula: K = (QL) / (AΔT), onde K é o Condutividade térmica em W / m.

O que é coeficiente Condutividade térmica

Coeficiente de Condutividade térmica: O coeficiente de Condutividade térmica de um material é definido como a quantidade de calor que conduz por unidade de tempo através de um cubo unitário do material quando suas faces opostas são mantidas a uma diferença de temperatura de um grau.

Como calcular o coeficiente de transferência de calor de Condutividade térmica

K / Δx.

A maneira mais comum de fazer isso é dividindo o Condutividade térmica do fluido de convecção por uma escala de comprimento.

Também é comum calcular o coeficiente com o número de Nusselt (um de vários grupos adimensionais usados ​​em dinâmica de fluidos).

Como calcular a resistência térmica de Condutividade térmica

R = e / λ.

A resistência térmica R (em m2.K / W) depende da espessura do isolamento (e expresso em metros) e do Condutividade térmica (λ) do material: R = e / λ.

Qual material tem o mais alto Condutividade térmica

Diamante

O diamante é o principal material condutor térmico e tem valores de condutividade medidos 5x mais altos do que o cobre.

Os átomos de diamante são compostos de uma estrutura de carbono simples que é uma estrutura molecular ideal para uma transferência de calor eficaz.

Vídeo: O que é Condutividade térmica? | Física...

Se você for uma pessoa visual ou auditiva, dê uma olhada neste vídeo relacionado do Youtube:

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Citação

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