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Ciência de Materiais 2 - Propriedades Térmicas

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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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