Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

condução térmica: k e é muito menor do que k l . De novo, os fonons não são tão eficientes
quanto os elétrons livres no transporte de energia térmica como um resultado do muito
eficiente espalhamento de fonon pelas imperfeições da rede.
Valores de condutibilidade térmica para um número de materiais cerâmicos estão
contidos na Tabela 20.1; condutibilidades térmicas à temperatura ambiente variam na faixa
entre aproximadamente 2 e 50 W.m -1 .K -1 . Vidro e outras cerâmicas amorfas têm menores
condutibilidades térmicas do que cerâmicas cristalinas, de vez que o espalhamento de fonon é
muito mais eficiente quando a estrutura atômica é altamente distorcida e irregular.
O espalhamento de vibrações de rede se torna mais pronunciado com a elevação da
temperatura; portanto, a condutibilidade térmica de muitos materiais cerâmicos normalmente
decresce com o aumento da temperatura, pelo menos em temperaturas relativamente baixas
(Figura 20.5). Como a Figura 20.5 indica, a condutibilidade começa a aumentar em
temperaturas maiores, que é devido à transferência de calor radiante: quantidades
significativas de calor radiante infravermelho pode ser transportado através de um material
cerâmico transparente. A eficiência deste processo cresce com a temperatura.
Figura 20.5 – Dependência da condutibilidade térmica em relação à temperatura para vários
materiais cerâmicos. (Adaptado a partir de W.D. Kingery, H. K. Bowen e D.R. Uhlmann,
Introduction to Ceramics, 2nd edition. Copyright © 1976 por John Wiley & Sons, New
York. Reimpresso por permissão de John Wiley & Sons, Inc.).
Porosidade em materiais cerâmicos pode ter uma profunda influência sobre a
condutibilidade térmica; o aumento do volume de poros irá, na maioria das circunstâncias,
resultar numa redução da condutibilidade térmica. De fato, muitas cerâmicas que são usadas
para isolamento são porosas. Transferência de calor através de poros é ordinariamente lenta e
ineficiente. Poros internos normalmente contém ainda ar, que tem uma extremamente baixa
condutibilidade térmica – aproximadamente 0,02 W.m -1 .K -1 . Além disso, convecção gasosa
dentro dos poros é também comparativamente ineficiente.
Polímeros
Como notado na Tabela 20.1, condutibilidades térmicas para a maioria dos polímeros
estão na ordem de 0,3 W.m -1 .K -1 . Para esses materiais, transferência de energia é realizada
pela vibração, translação e rotação das moléculas da cadeia. A magnitude da condutibilidade
térmica depende do grau de cristalinidade; um polímero com uma estrutura altamente
cristalina e ordenada terá uma maior condutibilidade térmica do que material amorfo
equivalente. Isso é devido à vibração mais eficientemente coordenada das cadeias
moleculares para o estado cristalino.
Polímeros são às vezes utilizados como isoladores térmicos por causa de suas baixas
condutibilidades térmicas. Tal como acontece com as cerâmicas, suas propriedades isoladoras
podem ser mais ainda melhoradas pela introdução de pequenos poros, que são ordinariamente
introduzidos pela formação de espuma durante a polimerização (Seção 16.16). Poliestireno
espumado (“Styrofoam”) é comumente usado para taças de beber e caixas isolantes (caixas
de “isopor”).
20.5 – TENSÕES TÉRMICAS