Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

esulta do movimento líquido (resultante) de fonons a partir de regiões quente par regiões
frias de um corpo através do qual existe um gradiente de temperatura.
Elétrons livres ou condutores participam na condução térmica eletrônica. Aos elétrons
livres numa região quente da amostra é imposto um ganho em energia cinética. Então eles se
migram para áreas mais frias, onde uma parte dessa energia cinética é transferida aos próprios
átomos (como energia vibracional) como uma consequência de vibrações com fonons ou
outras imperfeições no cristal. A contribuição relativa de k e à condutibilidade térmica total
cresce com o aumento das concentrações de elétrons livres, de vez que mais elétrons são
disponíveis para participar nesse processo de transferência de calor.
Metais
Em metais de alta pureza, o mecanismo eletrônico de transporte de calor é muito mais
eficiente do que a constribuição de fonon porque os elétrons não são tão facilmente
espalhados como os fonons e têm velocidades maiores. Além disso, metais são extremamente
bons condutores de calor porque existe um número relativamente grandes de elétrons livres
que participam na condução térmica. As condutibilidades térmicas de vários metais comuns
são fornecidas na Tabela 20.1; valores geralmente variam na faixa entre aproximadamente 20
e 400 W.m -1 .K -1 .
De vez que elétrons livres são responsáveis por conduções tanto elétrica quanto
térmica em metais puros, tratamentos teóricos sugerem que as duas condutibilidades
deveriam estar relacionadas de acordo com a lei de Wiedemann-Franz:
L = k/σT (20.7)
onde σ é a condutibilidade elétrica, T é a temperatura absoluta e L é uma constante. O
valor teórico de L, 2,44 x 10 -8 ΩW. K -2 , deveria ser independente da temperatura e o mesmo
para todos os metais se a energia calorífica fosse transportada integralmente por elétrons
livres. Incluídos na Tabela 20.1 se encontram os valores de L experimentais para esses vários
metais; nota-se que a concordância entre esses e o valor teórico é bastante razoável (bem
dentro de um fator de 2).
Metais de liga com impurezas resultam numa redução na condutibilidade térmica,
pela mesma razão que a condutibilidade elétrica é diminuída (Seção 19.8); isto é, os átomos
impurezas, especialmente quando em solução sólida, agem como centros de espalhamento,
abaixando a eficiência do movimento de elétron. Um gráfico de condutibilidade térmica
versus composição para ligas cobre-zinco (Figura 20.4) exibe este efeito. Também, aços
inoxidáveis, que são altamente ligados, se tornam relativamente resistentes ao transporte de
calor.
Figura 20.4 – Condutibilidade térmica versus composição para ligas cobre-zinco. (Adaptada a
partir de Metals Handbook: Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Pure Metals,
Vol. 2, 9 th edition, H. Baker, Managing Editor, American Society for Metals, 1979, p.315).
Cerâmicas
Materiais não metálicos são isoladores térmicos na medida que eles têm falta de
grande número de elétrons livres. Assim os fonons são os principais responsáveis pela