Propriedades Termicas- taidson

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Propriedades
• Ana Clara Ferreira
• Nicholas Cotta
• Nicole Farnetti
• Taidson Ferrari
• Victor Pontello
Térmicas
Propriedade térmica refere-se à resposta de 
um material à aplicação de calor. 
O material absorve energia na forma de 
calor, onde sua temperatura e suas 
dimensões aumentam.
Exemplos:
•A resposta do material a aplicação de calor
•Capacidade Calorífica
•Expansão Térmica
•Condutividade Térmica
•Tensões Térmicas
Principais pontos no estudo das
propriedades térmicas
Capacidade Calorífica 
(J/mol-K)
Energia Fornecida
(J/mol)
Variação da 
temperatura (K)
• Habilidade do material de absorver calor.
• Ela representa a quantidade de energia necessária para
produzir um aumento unitário na temperatura do
material.
Capacidade Calorífica
• Existem duas maneiras de medir esta
propriedade, uma é a capacidade por volume
constante e outra por pressão constante.
Capacidade Calorífica
Basicamente, então, o calor específico está associado à
variação de energia interna do material. O que nos
interessa é como esse calor trocado com o material é
armazenado. Esta energia é acumulada em diferentes
“subsistemas”, dependendo mais especificamente do
material, elas podem ser:
• Energia de vibração dos átomos 
• Energia cinética dos elétrons livres 
• Orientação de dipolos magnéticos 
• Orientação dipolos elétricos
• Criação de defeitos 
• Fenômenos de desordenamento
• Rotação de moléculas
Capacidade Calorífica Vibracional
• A principal maneira de assimilação da energia
térmica nos sólidos se dá pelo aumento da
energia vibracional dos átomos.
• Em vez de serem independentes uma das outras,
as vibrações de átomos adjacentes estão
acopladas em virtude de suas vibrações atômicas.
• Essas vibrações estão coordenadas de tal modo
que são produzidas ondas que se propagam pela
rede.
Posição normal dos átomos da rede
Posição deslocada devido à vibração 
Capacidade Calorífica Vibracional
Depedência da Capacidade Calorifica em 
relação à temperatura
• Aumenta com a temperatura
• Atinge um valor limite de 3R
Comparação entre calores específicos
Expansão Térmica
• É o aumento das dimensões de um corpo
devido a elevação de sua temperatura. Com
algumas exceções, todos os corpos quer
sejam sólidos, líquidos ou gasosos, dilatam-se
quando sua temperatura é elevada.
• A maioria dos materiais sólidos se expande
quando é aquecido e se contrai quando é
resfriado.
Expansão Térmica
Expansão Térmica
Juntas de expansão, usadas para diminuir os efeitos da dilatação térmica.
Expansão Térmica – Perspectiva Atômica
Energia 
Potencial
Energia 
Potencial
Distância 
Interatômica
Distância 
Interatômica
Expansão Térmica – Coeficientes
Cerâmicos – 0,5 x 𝟏𝟎−𝟔 (ºC)−𝟏
até 25 x 𝟏𝟎−𝟔 (ºC)−𝟏
Metálicos – 5 x 𝟏𝟎−𝟔 (ºC)−𝟏
até 15 x 𝟏𝟎−𝟔 (ºC)−𝟏
Polímeros – 50 x 𝟏𝟎−𝟔 (ºC)−𝟏
até 400 x 𝟏𝟎−𝟔 (ºC)−𝟏
• Os coeficientes de expansão térmica dos
materiais podem variar a seguinte maneira:
Condutividade Térmica
Habilidade do material de transferir calor de
uma região mais quente para uma região
mais fria.
Condutividade Térmica
Condutividade Térmica
Gradiente de 
Temperatura
(K/m)Fluxo de calor
(J/m2-s=W/m2)
Condutividade térmica (J/m-K-s)
• Fenômeno pelo qual o calor e transportado
das regiões de alta temperatura para as de
baixa temperatura.
Ela e bem definida em termos da expressão:
Mecanismos de Condução de calor
• O calor é transportado tanto por meio das
ondas de vibração (fônons) quanto por
elétrons livres. A condutividade total é a soma
das duas contribuições, ou seja:
Condutividade térmica dos materiais:
Condutividade Térmica
METAIS
NÃO - METAIS
Condutividade Térmica nos Metais
Obs: Lei aplicada apenas para metais puros.
Uma vez que os elétrons livres são responsáveis tanto
pela condução elétrica tanto pela condução térmica os
tratamentos teóricos sugerem que as duas condutividades
devem estar relacionadas entre si de acordo com a Lei de
Wiedemann-Franz:
Temperatura
Condutividade 
elétrica
K 2
L= 2.44 10−8 
W
Condutividade
térmica
Constante
Condutividade Térmica nas cerâmicas
Variando de ~ 2 – 50 W/m-K
C
o
n
d
u
tiv
id
a
d
e
 T
é
rm
ic
a
,(
W
/m
-K
)
TemperaturaC
Na maioria das vezes são utilizados como isolantes
térmicos por não ter um numero grande de elétrons
livres.
Possuem baixos valores de condutividade
térmica (k) , e na maioria das vezes são
utilizados como isolantes térmicos.
Condutividade Térmica nos polìmeros
~ 0,3 W/m-K
Tensões Térmicas
São tensões induzidas em um corpo como resultado de 
variações na temperatura. 
É importante a compreensão das origens e da natureza 
das tensões térmicas, pois elas podem levar à fratura ou 
uma deformação plástica indesejável. Essas tensões 
podem ser :
• Resultantes da restrição a expansão e contração térmica
• Resultantes de gradientes de temperatura
• Choque térmico
Tensões Térmicas Resultantes da restrição a 
expansão e contração térmica
Um sólido é aquecido ou resfriado de forma
uniforme, em expansão ou contração livre o sólido
estará isento de tensões. Entretanto se o
movimento axial do mesmo for restringido por
algum extremo rígido, tensões térmicas irão
surgir, onde a magnitude da tensão, σ, resultante
por efeito da mudança de temperatura será:
Onde :
E é o modulo de elasticidade 
Lira na tubulação
Esticador de Correia
Trilhos de ferrovia
Tensões Térmicas Resultantes do gradientes 
de temperatura
Quando um corpo sólido é aquecido ou resfriado, a
distribuição interna de temperatura irá depender do seu
tamanho e da sua forma, da condutividade térmica do
material e da taxa de variação da temperatura. As tensões
térmicas podem ser estabelecidas frequentemente por um
rápido aquecimento ou resfriamento, onde a mudança de
temperatura na parte exterior acontece mais rapidamente
do que no interior;
Tensões Térmicas Resultantes do Choque 
térmico
A fratura de um corpo é o resultado de tensões
térmicas induzidas por rápidas variações de
temperatura.