Condutividade térmica
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5/10/2018 Condutividade térmica - slidepdf.com
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2011
Prof. Ubirajara NevesColégio Progresso Centro
29/09/2011
Condutividade Térmica
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Condutividade Térmica
Prof. Ubirajara Neves
Condutividade térmica é a propriedade física de um material que indica sua capacidade de conduzircalor. Sua aplicação básica é a Lei de Fourier da condução do calor.
Define-se a condução do calor pela equação
em que:
é a taxa de fluxo de calor;
é a condutividade térmica; é a área total da superfície condutora; é a diferença de temperatura; e
é a espessura da superfície condutora que separa as duas temperaturas.
Reorganizando a equação obtemos a fórmula para a condutividade térmica,
Assim, a condutividade térmica pode ser definida como a quantidade de calor transmitida durante o
tempo através de uma distância , em uma direção normal à superfície de área , devido à diferença detemperatura , sob condições estacionárias e quando a transferência de calor depende exclusivamente do
gradiente de temperatura.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade para condutividade térmica é watt por metro
por kelvin, W/(m·K).
A Condutividade Térmica dos Materiais
Nos metais, a condutividade térmica acompanha aproximadamente a condutividade elétrica, de acordocom a lei de Wiedemann-Franz, já que os elétrons livres presentes nesses materiais conduzem não somente a
corrente elétrica, mas também o calor.
Mas isso não é uma regra geral, já que há materiais como a prata, que é excelente condutora deeletricidade, mas pior condutora térmica que o diamante, um isolante elétrico.
Diversas propriedades dos materiais influenciam em sua condutividade térmica, em especial suaestrutura íntima e sua temperatura.
O ar e outros gases são geralmente bons isolantes na ausência de processos convectivos. É por issoque muitos materiais usados como isolantes térmicos nada mais são do que coleções de espaços preenchidoscom algum gás, o que evita grandes correntes de convecção. É o que acontece, por exemplo, quando uma
galinha exposta ao frio arrepia suas penas, formando bolsões de ar que atuam como isolantes térmicos muitoeficazes.
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Tabela de Condutividades Térmicas
Material Condutividade TérmicaW/m·K
Cimento Portland 0,29Concreto, pedra 1,7
Ar 0,025
Madeira 0,04 – 0,4
Alcoóis, óleos 0,1 – 0,21
Solo 1,5
Borracha 0,16
Epóxi 0,19
Graxa térmica 0,7 – 3
Vidro 1,1
Gelo 2
Arenito 2,4
Aço inoxidável 12,11 – 45,0
Chumbo 35,3
Alumínio 237
Ouro 318
Prata 429
Diamante 900 – 2 320
GLP 0,23 – 0,26
A Lei de Wiedemann-Franz
Segundo a lei de Wiedemann-Franz (Gustav Wiedemann e Rudolph Franz), a razão entre a condutividade
térmica () e a condutividade elétrica () de um metal é proporcional à temperatura,
em que a constante de proporcionalidade, , chama-se número de Lorenz.