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PPG – CIMA Ciência de Materiais IICiência de Materiais II Universidade de Brasília - UnB Faculdade UnB Planaltina – FUP PPG – CIMA Prof. Cleilton Rocha Propriedades Térmicas dos Materiais PPG – CIMA Propriedades TérmicasPropriedades Térmicas �Materiais específicos para componentes que são expostos a altas temperaturas; variações de temperatura ou gradientes térmicos. � Exemplo: � � Adesivo que prende o chip a placa. � Deve ter as mesmas características térmicas do chip e ser um bom dissipador de calor. PPG – CIMA Propriedades TérmicasPropriedades Térmicas �Resposta do material à aplicação de calor. �Conforme um sólido absorve energia na forma de calor, a sua temperatura e suas dimensões aumentam. � CAPACIDADE CALORÍFICA (C); � EXPANSÃO TÉRMICA; � CONDUTIVIDADE TÉRMICA. PPG – CIMA � Habilidade de um material em absorver calor. � Quantidade de energia necessária para produzir um aumento unitário na temperatura: Capacidade CaloríficaCapacidade Calorífica dQ C = [J/mol.K ou cal/mol.K] onde dQ é a energia necessária para produzir uma variação dT na temperatura. C dT = [J/mol.K ou cal/mol.K] PPG – CIMA � Calor Específico (c): Representa a Capacidade Calorífica por unidade de massa [J/kg.K ou cal/g.K]. � Capacidade Calorífica Vibracional: • Nos Sólidos a energia térmica é absorvida pelo Capacidade CaloríficaCapacidade Calorífica • Nos Sólidos a energia térmica é absorvida pelo aumento da energia vibracional; • As vibrações se propagam na rede cristalina formando uma onda; • Os modos de vibrações desta ondas são quantizados e podemos associar um quantum de energia vibracional chamado fônon. PPG – CIMA � Os sólidos se expande quando é aquecida e se contrai quando é resfriada; � Pela perspectiva atômica, a expansão térmica se reflete em um aumento na distância média entre os átomos. Expansão TérmicaExpansão Térmica PPG – CIMA Expansão TérmicaExpansão Térmica PPG – CIMA Condutividade TérmicaCondutividade Térmica � Fenômeno pelo qual o calor é transportado das regiões de alta temperatura para as de baixa temperatura em uma substância; � Materiais de com alta condutividade térmica são utilizados como dissipadores de calor e materiais de baixa condutividade térmica são utilizados como isolamentos térmicos. isolamentos térmicos. q⇒ Fluxo de calor k⇒ condutividade térmica dT/dx⇒ gradiente de temperatura PPG – CIMA Condutividade TérmicaCondutividade Térmica Mecanismos de Condução: � Vibração da rede cristalina (fônos); � Elétrons livres: k = kr + kek = kr + ke PPG – CIMA Comportamento DielétricoComportamento Dielétrico •Metais: � A condutividade térmica esta relacionada com a condutividade elétrica de acordo com a lei Wiedemann- Franz: � Uma vez que os elétrons de condução, além de transferirem corrente elétrica, transferem também energia térmica. No entanto, a correlação entre a condutância elétrica e a térmica só vale para metais, devido a forte influência dos fônons no processo de transferência de calor. PPG – CIMA Propriedades TérmicasPropriedades Térmicas PPG – CIMA Propriedades TérmicasPropriedades Térmicas PPG – CIMA Propriedades TérmicasPropriedades Térmicas • Tensões Térmicas: � Tensões induzidas em um corpo como resultado de variações na temperatura; Exemplo: Exemplo: • Considerando um bastão homogênio e isotrópico que é aquecido ou resfriado de maneira uniforme (sem gradiente de temperatura. • Se a expansão ou contração do bastão for restringido por meio de suportes rígidos nas extremidades, serão introduzidas tensões térmicas. PPG – CIMA Propriedades TérmicasPropriedades Térmicas • Tensões Térmicas: � A magnitude da tensão σ resultante de uma mudança de temperatura de T0 para Tf é de: σ= Eαααα (T – T ) = Eαααα ∆∆∆∆Tσ= Eααααl (T0 – Tf ) = Eααααl ∆∆∆∆T Onde E é o módulo de elasticidade e ααααl é o coeficiente linear da expansão térmica. � No aquecimento (Tf > T0), a tensão é compressiva; � Se resfriamento (Tf > T0), a tensão é de tração.
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