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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.