Quais são as propriedades térmicas e o que são? (Com exemplos)

As propriedades térmicas de ferro tornam a excelência em metal por fabricar muitas peças e estruturas

O que são propriedades térmicas?

As Propriedades térmicas Os materiais consistem em suas respostas a variações de temperatura. Por exemplo, sabe -se que a maioria das substâncias se expande ao aquecer e contrair quando ele esfria.

O design das peças mais diversas requer o uso de materiais com certas propriedades térmicas, a fim de garantir sua operação correta. Muitas peças mecânicas são expostas a calor intenso durante a operação e precisam manter suas dimensões e estrutura diante dos esforços aos quais são submetidos.

Mesmo outros materiais de materiais, além da mecânica, como propriedades elétricas e magnéticas, são afetadas por mudanças de temperatura. Daí a importância de conhecê -los.

Entre as principais propriedades térmicas estão a capacidade térmica, condutividade térmica, dilatação térmica, fusibilidade e soldabilidade. Suas principais características são descritas brevemente abaixo.

1. Capacidade de calor

É a propriedade que indica como é fácil que um determinado material absorva calor. Matematicamente, a capacidade de calor c é definida como a taxa de mudança de calor que em relação à temperatura t:

C = DQ /DT

A unidade de medida de C no sistema internacional de unidades se for o Joule /Kelvin ou J /K, mas o joule /grau Celsius ou J /Cº também é usado.

Definido dessa maneira, a capacidade de calor é uma propriedade do objeto e não do material, mas se a massa for incluída e a capacidade de calor por unidade de massa é definida, então há uma propriedade do material chamado calor específico o Capacidade calórica específica.

O calor específico nas unidades Si é a quantidade de calor em Joules necessária para elevar a temperatura de 1 kg da substância em 1 Kelvin. É indicado com a letra “C” Tiny, para distingui -la de C:

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C = dq /m ∙ dt

Outras unidades C que são frequentemente usadas são J/mol. K e j/kg. Cº. Da mesma forma, caloria e BTU são amplamente utilizadas, outras unidades para medir a energia calórica. O calor específico nos gases é medido, em volume constante ou pressão constante.

Calor específico de água

O calor específico da pressão atmosférica e a temperatura de 25ºC é 4190 J/kg. Cº, enquanto, para um metal usado com frequência, como ferro, é 460 J/kg. Cº. O calor específico da água é maior que o da maioria das substâncias, por isso tem uma capacidade maior de absorver calor ou desistir, portanto a água é amplamente utilizada em sistemas de resfriamento.

Efeito moderador do clima

O alto calor específico da água gera um efeito climático moderador nas regiões costeiras, evitando mudanças de temperatura muito acentuadas.

2. Condutividade térmica

Esta propriedade indica a aptidão de uma substância para transportar calor, sendo sua resistividade térmica recíproca, que é a resistência a deixar o calor passar.

Foi observado que o fluxo de energia por unidade de área e unidade de tempo é proporcional ao gradiente ou variação da temperatura ao longo da direção do fluxo.

A constante de proporcionalidade é com precisão a condutividade térmica e, nas unidades do sistema internacional, é medido em W /(M /K).

Condutividade térmica de metais

Todo mundo já observou como os objetos de metal fáceis são aquecidos e também como a temperatura ambiente parecem mais frios que um papel ou um pedaço de madeira.

Acontece que os átomos de metal têm elétrons livres nas camadas mais externas, pouco ligadas ao núcleo.

Esses elétrons podem se mover facilmente dentro do material, aproveitando a energia térmica. É por isso que os metais têm alta condutividade térmica e, da mesma maneira, pelo mesmo motivo, são bons condutores de eletricidade.

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Por outro lado, gases como ar, cerâmica, plásticos e madeira são maus condutores de calor, sem elétrons livres. Portanto, eles são bons isoladores térmicos.

Apesar. É seguido por metais como prata e cobre, com 429 e 398 w /(m /k), respectivamente.

3. Dilatação térmica

Quase todas as substâncias se expandem quando aquecem e contraem quando resfriam. Nos sólidos, existem forças entre os átomos que mantêm a coesão, que podem ser imaginados como molas que se conectam aos átomos.

Dentro do material, os átomos ainda não estão, mas em vibração constante em torno de uma posição de equilíbrio. Ao aumentar a temperatura, a amplitude dessa vibração se torna maior.

Agora, acontece que essas fontes imaginárias que unem átomos se estendem mais facilmente do que podem obter. Portanto, a distância média entre os átomos aumentou com a temperatura, e o material acaba expandindo.

Em uma haste fina feita de um determinado material, a variação de seu comprimento quando aquecida, chamada ΔL, é proporcional ao comprimento inicial da haste L_qualquer e mudar de temperatura Δt. A constante de proporcionalidade é o coeficiente de expansão linear α, cujas unidades são de temperatura inversa e são características da substância:

ΔL = α ∙ l_qualquer∙ Δt

Da mesma forma, a dilatação térmica da superfície pode ser definida, como a experimentada por uma folha fina e dilatação térmica volumétrica, que experimenta qualquer objeto tridimensional.

Exemplos de dilatação térmica

Quando uma rua é paga ou os paralelepípedos são colocados na calçada, é deixado um espaço entre as pinturas, de modo que, quando aquecem o sol durante o verão, eles têm espaço para a expansão, sem estalando.

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Além disso, uma estratégia para abrir uma garrafa com a tampa muito apertada é aquecê -la um pouco mergulhando em água quente. Dessa maneira, a tampa se expande e é mais fácil desaparafusar depois.

4. Fusibilidade

Existem substâncias que se fundem ao aquecer, como metais, plásticos e vidro. Na verdade, todas as substâncias, em maior ou menor grau, são fusíveis, ou seja, eles podem derreter ou derreter. A facilidade com que isso é alcançado é chamado apenas fusível, mas, ao definir essa característica, o que é procurado são materiais apropriados para obter peças saudáveis.

Nesse sentido, materiais como bronze e latão são adequados para esta tarefa, porque com eles uma boa fluidez é alcançada e os moldes são bem copiados.

Por outro lado, a liga usada na soldagem deve ter alta fusibilidade (baixa temperatura de fusão) em comparação com os materiais a serem soldados.

As ligas de lata e chumbo são boas para unir peças através de soldagem suave, na qual a liga é derretida, que quando o resfriamento adquire uma boa resistência. Dessa forma, você pode soldar peças para motores, brinquedos, cabos, circuitos e muito mais.

5. Soldabilidade

É a capacidade das peças do mesmo material, ou de diferentes materiais, de aderir um ao outro, através de aquecimento e compressão. Isso pode ser feito aquecendo as peças diretamente até que atinjam a temperatura de fusão ou usando algum material intermediário que permita a adesão.

O objetivo é obter peças soldadas para manter sua integridade, sem apresentar fissuras, tensões ou deformações que afetam a operação da peça soldada.

Metais como ferro têm boa soldabilidade, bem como aço de baixo carbono. Em vez disso, metais e ligas que derretem rapidamente não são soldáveis, ou seja, sem passar por um período plástico. O bronze, por exemplo, é uma liga à base de estanho com outros minerais, que normalmente é difícil de soldar.