Propriedades Térmicas dos

Materiais

Introdução á Ciência dos Materiais

Propriedade Térmica é a resposta de um material à aplicação de calor. À medida que um sólido absorve energia na forma de calor, a sua temperatura aumenta, assim como também aumentam as suas dimensões.Capacidade calorífica é uma propriedade que serve como indicativo da habilidade de um material para absorver calor da sua vizinhança externa; ela representa a quantidade de energia exigida para produzir um aumento unitário de temperatura.

𝐶=𝑑𝑄𝑑 𝑇

O calor específico é empregado algumas vezes; este representa a capacidade calorífica por unidade de massa ( J/Kg K-1)

A capacidade térmica molar pode ser medida a volume constante (CV) e a pressão constante (CP) com: CP > CV (no entanto, esta diferença é pequena para a maioria dos materiais sólidos a temperaturas iguais ou abaixo da temperatura ambiente).

Capacidade Calorífica VibracionalNa maioria dos sólidos, a principal modalidade de assimilação da

energia térmica é pelo aumento da energia vibracional dos átomos.

Essas vibrações estão coordenadas de tal maneira que são produzidas ondas reticulares que se propagam, um fenômeno representado na Figura abaixo.

Um único quantum de

energia vibracional é chamado de

fônon.

As próprias ondas

vibracionais são chamadas

de fônons.

A dispersão ou espalhamento térmico dos elétrons livres durante a condução eletrônica é feita através dessas ondas vibracionais

Dependência da Capacidade Calorífica em relação à Temperatura

A variação da contribuição vibracional para a capacidade calorífica em função de uma variação de temperatura a volume constante é mostrada para vários sólidos cristalinos relativamente simples na Figura.

Acima do que é chamado a temperatura de Debye, θD, o valor de CV se estabiliza, tornando-se essencialmente independente da temperatura, assumindo um valor de aproximadamente 3R, onde R é a constante dos gases

Outras contribuições para a capacidade caloríficaExistem outros mecanismos de absorção de energia que podem somar

para a capacidade calorífica de um sólido. Na maioria dos casos, essas contribuições são menores quando comparadas à magnitude da contribuição vibracional.

Contribuição eletrônica: os elétrons absorvem energia através do aumento da sua energia cinética, porém, isso só é possível com os elétrons livres.

Aleatorização dos spins eletrônicos: em um material ferromagnético quando este é aquecido acima da temperatura de Curie há um processo de absorção de energia. Um grande pico é produzido na curva da capacidade calorífica em função da temperatura.

Expansão Térmica

A maioria dos materiais sólidos se expande quando é submetido a um aquecimento e se contrai quando é submetido a um resfriamento.

= = = ΔT

A variação no comprimento em função da temperatura para um material sólido, pode ser expressa da seguinte maneira:

é conhecido por coeficiente linear de expansão térmica. É uma propriedade do material do grau que ele se expande quando é aquecido [ (ºC)-1]