Propriedades térmicas da matéria

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Introdução à Condução – Capítulo 2
O fluxo de calor é uma grandeza vetorial (possui intensidade, direção e sentido), portanto, pode ser representada por:
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Propriedades térmica da matéria
Condutividade térmica – k: indica a taxa na qual a energia é transferida pelo processo de difusão (condução). Sua unidade no SI é W/m.K.
Num meio isotrópico a condutividade térmica é a mesma em todas as direções.
Em geral a k de um sólido é maior do que a de um líquido, e este maior que a de um gás. Isto se deve à diferença no espaçamento intermolecular.
Nos sólidos a condução de calor se deve a migração dos elétrons livres e as ondas resultantes da vibração dos átomos nos retículos. Quanto maior o livre percurso médio dos transportadores de energia, maior a condutividade térmica.
Quando se deseja reduzir a perda de calor por condução, usa-se materiais isolantes, ou seja, aqueles que apresentam baixo valor de k.
usuario - Meio isotrópico é aquele em que as propriedades não depende de que direção o calor é transmitido.
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Capacidade calorífica volumétrica
Mede a capacidade que um material tem em armazenar energia térmica. É obtido fazendo-se o produto da massa específica pelo calor específico .cp. Sua unidade no SI é J/m3.K.
Difusividade térmica ()
É definida como a razão entre a condutividade térmica e a capacidade calorífica volumétrica. Sua unidade no SI é m2.s-1.
Quanto maior a difusividade térmica de um material mais rapidamente ele responderá a mudanças nas condições térmicas a ele impostas. Materiais com baixa difusividade térmica responderão mais lentamente, levando mais tempo para atingir uma nova condição de equilíbrio.
usuario - Materiais com baixa difusividade térmica, retém por mais tempo a energia térmica (melhor armazenador)
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Equação da Difusão de Calor (Difusão térmica)
Como a temperatura se distribui em um meio ou dentro de um corpo ?
A determinação desta distribuição é fundamental para conhecer o fluxo térmico pela lei de Fourier. A equação da difusão do calor permite esta determinação.
Considere um elemento diferencial de volume dx.dy.dz com uma fonte de energia no seu interior:
Equação 1
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Equação da Difusão de Calor (Difusão térmica)
As taxas de transferência de calor por condução nas superfícies opostas podem ser expressas em série de Taylor:
A taxa de geração de energia da fonte no interior do volume infinitesimal é dada por:
Pode ocorrer variações na quantidade de energia interna térmica armazenada pela matéria no interior do VC:
é a taxa de variação da energia sensível do meio por unidade de volume. Substituindo as expressões acima em 1 e lembrando que:
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Equação da Difusão de Calor (Difusão térmica)
Sabendo que
Tem-se:
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Equação da Difusão de Calor (Difusão térmica)
Conclusão: 
Em qualquer ponto do meio, a taxa líquida de transferência de energia por condução para o interior de um volume unitário somado à taxa volumétrica de geração de energia térmica deve ser igual à taxa de variação da energia térmica acumulada no interior deste volume.
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Equação da Difusão de Calor (Difusão térmica)
Se a condutividade térmica for constante:
Se o regime for estacionário e sem geração de calor:
Se a condução for unidimensional, sem geração e em regime estacionário:
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Equação da Difusão de Calor (Difusão térmica)
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Exercícios propostos – capítulo 2
8, 9, 10, 12, 14, 16, 23, 24, 25, 26, 27 e 29