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PROPRIEDADES TÉRMICAS 291
rá-lo. A contribuição eletrônica se dá pela absorção de energia pelos elétrons
aumentando sua energia cinética. Nos materiais isolantes, a contribuição eletrônica
para a capacidade térmica é ainda menor que no caso dos condutores,
pois os isolantes praticamente não dispõe de elétrons livres.
Do exposto acima, é razoável esperar que a capacidade térmica dependa
da temperatura. Por outro lado, os trabalhos clássicos de Dulong e Petit
(1819) propuseram que o calor específico dos sólidos deveria ser constante e
igual a cerca de 6 cal/mol K. A lei de Dulong e Petit é aproximadamente
válida, na temperatura ambiente, para elementos com peso atômico maior
que 40.
No início deste século, cientistas como A. Einstein e P. Debye imaginaram
modelos, onde os átomos estavam ligados por molas (representando as
ligações químicas) e que podiam oscilar ou vibrar e armazenar energia. Com
auxílio destes modelos, eles conseguiram calcular a variação do calor específico
com a temperatura. Os cálculos mostram que o calor específico aumenta
até uma certa temperatura, denominada temperatura de Debye, tornando-se a
partir daí aproximadamente constante. Este valor constante é 3R, ou seja,
aproximadamente igual ao valor proposto por Dulong e Petit (6 cal/mol K).
As determinações experimentais realizadas por Debye (Annalen der Physik,
vol. 39, p. 789, 1912), para o alumínio e o cobre, mostraram uma excelente
concordância entre a teoria e as medidas experimentais.
A figura 17.1 mostra a variação do calor específico com a temperatura
para alguns materiais cerâmicos. A forma da curva calor específico versus
temperatura é similar para diferentes materiais, o que também confirma a
validade do modelo de Debye. Não existe uma relação clara entre a temperatura
de Debye e o ponto de fusão, conforme ilustra a tabela 17.1.
A capacidade térmica depende muito pouco da estrutura e da microestrutura
do material. Por outro lado, a porosidade tem grande influência prática
na capacidade térmica. Por exemplo, uma cerâmica porosa exige uma
quantidade menor de calor para atingir uma determinada temperatura, que
uma cerâmica isenta de poros. Em outras palavras, um forno revestido com
tijolos refratários porosos pode ser aquecido com menor consumo de energia.