Os sete principais condutores de calor são materiais que possuem a capacidade de transferir calor de forma eficiente. Esses materiais são fundamentais em diversas aplicações, desde a fabricação de utensílios de cozinha até a construção de sistemas de refrigeração e aquecimento. Conhecer os principais condutores de calor é essencial para entender como o calor é transferido e como podemos utilizar esses materiais de forma mais eficaz em diversos processos. Neste texto, iremos explorar esses sete condutores de calor e suas propriedades.
Condutividade térmica: quais materiais são bons condutores de calor?
A condutividade térmica é a capacidade de um material conduzir calor através de sua estrutura. Materiais com alta condutividade térmica permitem que o calor se mova facilmente através deles, enquanto materiais com baixa condutividade térmica são isolantes térmicos.
Alguns dos materiais mais comuns que são bons condutores de calor incluem metais como ferro, alumínio e cobre. Estes materiais têm elétrons livres que podem transportar energia térmica de uma parte do material para outra.
Além dos metais, outros materiais como diamante e grafite também são bons condutores de calor devido à sua estrutura cristalina que permite a transferência de calor de forma eficiente.
Por outro lado, materiais como madeira, plástico e vidro são isolantes térmicos, pois têm uma estrutura molecular que dificulta a transferência de calor. Isso os torna ideais para manter o calor dentro de um ambiente, como em janelas duplas com vidro isolante.
Em resumo, a condutividade térmica é uma propriedade importante dos materiais que afeta como o calor se move através deles. Compreender quais materiais são bons condutores de calor pode ajudar na escolha do material adequado para diferentes aplicações, desde a fabricação de utensílios de cozinha até o isolamento de edifícios.
Melhores materiais para condução de calor: descubra quais são os mais eficientes na transmissão.
Quando se trata de condução de calor, é importante conhecer os materiais que são mais eficientes na transmissão desse tipo de energia. Existem diversos materiais que se destacam nesse quesito, sendo os principais os metais como o alumínio, o cobre e o ferro.
O alumínio é conhecido por ser um dos melhores condutores de calor, sendo amplamente utilizado em panelas e utensílios de cozinha. Já o cobre é outro material muito eficiente na transmissão de calor, sendo utilizado em fios elétricos e tubulações. Por fim, o ferro também é um excelente condutor de calor, sendo utilizado em diversos equipamentos industriais.
Além dos metais, outros materiais como o grafite e o titânio também são bons condutores de calor. O grafite, por exemplo, é amplamente utilizado em indústrias devido à sua alta condutividade térmica. Já o titânio é um material leve e resistente, sendo utilizado em diversas aplicações que requerem alta eficiência na transmissão de calor.
Por fim, vale ressaltar que a escolha do material adequado para condução de calor depende da aplicação desejada e das condições de uso. Portanto, é importante considerar as propriedades de cada material e suas características específicas antes de selecionar o mais adequado para cada situação.
Isolantes térmicos: conceito e exemplos para alunos do 7º ano de escolaridade.
Isolantes térmicos são materiais que têm a capacidade de reduzir a transferência de calor entre dois ambientes. Isso ocorre porque esses materiais possuem baixa condutividade térmica, o que significa que eles dificultam a passagem de calor. Em outras palavras, os isolantes térmicos ajudam a manter a temperatura constante em um ambiente, seja impedindo que o calor escape (isolamento térmico) ou evitando que o calor entre (isolamento térmico).
Alguns exemplos de isolantes térmicos incluem o isopor, a lã de vidro, o poliuretano e o aerogel. Esses materiais são comumente utilizados em residências, indústrias e até mesmo em roupas, para garantir o conforto térmico e economizar energia.
É importante ressaltar que a escolha do isolante térmico adequado depende do ambiente em que será utilizado e das condições climáticas da região. Portanto, é essencial buscar orientação de profissionais especializados para garantir a eficácia do isolamento térmico.
Em resumo, os isolantes térmicos são materiais que impedem a transferência de calor, auxiliando na manutenção da temperatura de um ambiente. Com o uso correto desses materiais, é possível garantir o conforto térmico e reduzir o consumo de energia.
Quais materiais são bons condutores de calor?
Existem diversos materiais que são bons condutores de calor, o que significa que são capazes de transferir calor de uma região para outra de maneira eficiente. Esses materiais são essenciais em diversas aplicações, desde panelas de cozinha até componentes eletrônicos. Abaixo estão listados os 7 principais condutores de calor:
1. Metais
Os metais são excelentes condutores de calor devido à sua estrutura molecular, que permite que os elétrons se movimentem livremente. Isso faz com que o calor seja transferido rapidamente através do material. Alguns exemplos de metais são o cobre, alumínio e ferro.
2. Prata
A prata é um dos melhores condutores de calor e eletricidade. Por isso, é frequentemente utilizada em aplicações que requerem alta condutividade térmica, como em equipamentos de refrigeração e em joalheria.
3. Cobre
O cobre é amplamente utilizado em fiações elétricas devido à sua excelente condutividade elétrica e térmica. Além disso, é um material durável e resistente à corrosão, tornando-o ideal para diversas aplicações.
4. Alumínio
O alumínio é um metal leve e resistente que também possui boa condutividade térmica. Por isso, é frequentemente utilizado em panelas, recipientes de cozinha e em dissipadores de calor de eletrônicos.
5. Ouro
O ouro é conhecido por sua alta condutividade térmica e elétrica, sendo utilizado em componentes eletrônicos de alta tecnologia e em aplicações que requerem precisão e eficiência.
6. Bronze
O bronze é uma liga metálica composta principalmente por cobre e estanho, que possui boa condutividade térmica e resistência mecânica. É frequentemente utilizado em instrumentos musicais, estátuas e em componentes mecânicos.
7. Ferro
O ferro é um metal amplamente utilizado na indústria devido à sua resistência e boa condutividade térmica. É encontrado em estruturas metálicas, em equipamentos de aquecimento e em diversas outras aplicações.
Esses são os 7 principais condutores de calor, cada um com suas características e aplicações específicas. Escolher o material adequado para cada situação é essencial para garantir a eficiência e o bom desempenho do sistema em questão.
Os 7 principais condutores de calor
Os principais condutores de calor são metais e diamantes, compostos de matriz metálica, compostos de matriz de carbono, compostos de matriz de carbono, grafite e cerâmica.
Condutividade térmica é uma propriedade do material que descreve a capacidade de conduzir calor e pode ser definida como: “A quantidade de calor transmitida através da espessura da unidade de um material – em uma direção normal para a superfície da área da unidade – devido a um gradiente de temperatura unitário em condições de estado estacionário »(The Engineering ToolBox, SF).
Em outras palavras, condução térmica é a transferência de energia térmica entre partículas de matéria que tocam. A condução térmica ocorre quando partículas de matéria mais quente colidem com partículas de matéria mais fria e transferem parte de sua energia térmica para partículas mais frias.
Dirigir é geralmente mais rápido em certos sólidos e líquidos do que em gases. Os materiais que são bons condutores de energia térmica são chamados de condutores térmicos.
Os metais são especialmente bons condutores térmicos porque possuem elétrons que se movem livremente e podem transferir energia de calor rápida e facilmente (CK-12 Foundation, SF).
Em geral, bons condutores de eletricidade (metais como cobre, alumínio, ouro e prata) também são bons condutores de calor, enquanto isoladores de eletricidade (madeira, plástico e borracha) são maus condutores de calor.
A energia cinética (média) de uma molécula no corpo quente é maior que no corpo mais frio. Se duas moléculas colidem, há uma transferência de energia da molécula quente para a fria.
O efeito cumulativo de todas as colisões resulta em um fluxo líquido de calor do corpo quente para o corpo mais frio (SantoPietro, SF).
Materiais de alta condutividade térmica
Materiais de alta condutividade térmica são necessários para a condução do calor, a fim de aquecer ou esfriar. Uma das necessidades mais críticas é a indústria eletrônica.
Devido à miniaturização e ao aumento da potência da microeletrônica, a dissipação de calor é essencial para a confiabilidade, desempenho e miniaturização da microeletrônica.
A condutividade térmica depende de muitas propriedades de um material, especialmente sua estrutura e temperatura.
O coeficiente de expansão térmica é especialmente importante, pois indica a capacidade de um material se expandir com o calor.
Metais e diamantes
O cobre é o metal mais comumente usado quando são necessários materiais com alta condutividade térmica.
No entanto, o cobre assume um alto valor de coeficiente de expansão térmica (TEC). A liga Invar (64% Fe ± 36% Ni) é excepcionalmente baixa em TEC entre os metais, mas é muito pobre em condutividade térmica.
O diamante é mais atraente, pois possui uma condutividade térmica muito alta e um CET baixo, mas é caro (Condutividade Térmica, SF).
O alumínio não é tão condutor como o cobre, mas tem uma baixa densidade, o que é atraente para eletrônicos e aplicações aeronáuticas (por exemplo, laptops) que exigem baixo peso.
Os metais são condutores térmicos e elétricos. Para aplicações que exigem condutividade térmica e isolamento elétrico, diamantes e materiais cerâmicos apropriados, mas não metais, podem ser usados.
Compostos de matriz metálica
Uma maneira de reduzir a CTE de um metal é formar um composto de matriz de metal usando um material de enchimento com baixa CTE.
Partículas de cerâmica como AlN e carboneto de silício (SiC) são utilizadas para esse fim, devido à combinação de alta condutividade térmica e baixa CTE.
Como o material de enchimento normalmente tem um CTE mais baixo e uma condutividade térmica mais baixa do que a matriz metálica, quanto maior a fração do volume de carga no composto, menor o CTE e menor a condutividade térmica.
Compostos da matriz de carbono
O carbono é uma matriz atraente para compostos de condução térmica devido à sua condutividade térmica (embora não seja tão alta quanto a dos metais) e baixa CTE (menor que a dos metais).
Além disso, o carbono é resistente à corrosão (mais resistente à corrosão que os metais) e seu baixo peso.
Outra vantagem da matriz de carbono é sua compatibilidade com as fibras de carbono, em contraste com a reatividade comum entre uma matriz de metal e suas cargas.
Portanto, as fibras de carbono são a carga dominante para os compostos da matriz de carbono.
Carbono e grafite
Um material totalmente carbono fabricado pela consolidação de carvões precursores de carbono orientados sem ligante e subsequente carbonização e grafite opcional, possui uma condutividade térmica que varia de 390 a 750 W / mK na fibra do material.
Outro material é a grafite pirolítica (chamada TPG) encerrada em uma carcaça estrutural. A grafite (muito texturizada com os eixos c dos grãos, de preferência perpendicular ao plano da grafite), possui uma condutividade térmica no plano de 1700 W / m K (quatro vezes a do cobre), mas é mecanicamente fraca devido à tendência a corte no plano de grafite.
Compostos de matriz cerâmica
A matriz de vidro de borossilicato é atraente devido à sua constante dielétrica baixa (4.1) em comparação com a de AlN (8.9), alumina (9.4), SiC (42), BeO (6.8), nitreto de boro cúbico (7.1), diamante (5.6) e vidro ± cerâmica (5.0).
Um baixo valor da constante dielétrica é desejável para aplicações de embalagem eletrônica. Por outro lado, o vidro tem uma baixa condutividade térmica.
A matriz SiC é atraente devido ao seu alto CTE em comparação com a matriz de carbono, embora não seja tão termicamente condutora quanto o carbono.
O CTE dos compostos de carbono ± carbono é muito baixo, o que resulta em uma vida útil reduzida à fadiga em aplicações de chip-on-board (COB) com chips de sílica.
O composto de carbono da matriz SiC é composto por um composto carbono-carbono que converte a matriz de carbono em SiC (Chung, 2001).
Referências
- Chung, D. (2001). Materiais para condução térmica. Engenharia Térmica Aplicada 21 , 1593 ± 1605.
- Fundação CK-12. (SF). Condutores e isoladores térmicos . Obtido em ck12.org: ck12.org.
- Santo Pietro, D. (SF). O que é condutividade térmica? Obtido em khanacademy: khanacademy.org.
- A caixa de ferramentas de engenharia. (SF). Condutividade térmica de materiais e gases comuns . Recuperado de engineeringtoolbox: engineeringtoolbox.com.