Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

Materiais cerâmicos que são submetidos a variações de temperatura devem ter
coeficientes de expansão térmica que são relativamente baixos e, em adição, isotrópicos.
Doutro modo, esses materiais frágeis podem experimentar fratura como uma consequência de
variações dimensionais não uniformes no que é denominado choque térmico, como discutido
mais tarde neste capítulo.
Polímeros
Alguns materiais poliméricos experimentam muito grandes expansões térmicas no
aquecimento como indicado por coeficientes que variam desde aproximadamente 50 x 10 -6
até 300 x 10 -6 ( o C) -1 . Os mais altos valores de α l são encontrados em polímeros lineares e
ramificados porque as ligações intermoleculares secundárias são fracas e existe uma mínima
ligação cruzada. Com aumentada ligação cruzada, a magnitude do coeficiente de expansão
térmica decresce, os mais baixos coeficientes são encontrados em polímeros reticulares
termofixos tais como Baquelita, nos quais a ligação é quase que inteiramente covalente.
20.4 – CONDUTIVIDADE TÉRMICA
Condução térmica é o fenômeno pelo qual calor é transportado a partir de regiões de
alta temperatura para regiões de baixa temperatura de uma substância. A propriedade que
caracteriza a capacidade de um material para transferir (transmitir) é a condutibilidade
térmica. Ela é melhor definida em termos da expressão
q = - k (dT/dx) (20.5)
onde q denota o fluxo de calor, ou escoamento de calor, por unidade de tempo por unidade de
área (área sendo tomada como aquela perpendicular à direção do escoamento), k é a
condutibilidade térmica e dT/dx é o gradiente de temperatura através do meio condutor.
As unidades de q e k são W/m 2 (Btu/ft 2 -h) e W/m-K (Btu/ft-h- o F), respectivamente.
A equação 20.5 é válida somente para escoamento de calor em regime permanente, isto é,
para situações nas quais o fluxo de calor não varia com o tempo. Também, o sinal negativo
na expressão indica que o sentido de escoamento de calor é a partir da parte quente para a
parte fria, ou descendo o gradiente de temperatura.
A Equação 20.5 é similar em forma à primeira lei de Fick (Equação 5.3) para difusão
atômica. Para essas expressões, k é análoga ao coeficiente de difusão D, e o gradiente de
temperatura é análogo ao gradiente de concentração, dC/dx.
Mecanismo de Condução de Calor
Calor é transportado em materiais sólidos tanto por ondas de vibração da rede
(fonons) quanto por elétrons livres. Uma condutibilidade térmica está associada com cada um
desses mecanismos e a condutibilidade total é a soma das duas contribuições, ou
K = k l + k e (20.6)
onde k l e k e representam condutibilidades térmicas da vibração da rede e do elétron,
respectivamente; usualmente uma ou outra predomina. A energia térmica associada com
fonons ou ondas da rede é transportada na direção de seu movimento. A contribuição k l