A condutividade térmica refere-se à capacidade intrínseca de um material de transferir ou conduzir calor. De maneira geral, os metais são ótimos condutores térmicos, embora cada um conte com uma taxa específica de condutividade.

Seja possuindo alta ou baixa taxa de condutividade, os metais oferecem aplicações para inúmeras indústrias, como eletrônica, engenharia, equipamentos de laboratório, dispositivos médicos, produtos domésticos e construção. Abaixo você confere um artigo completo sobre o assunto!

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Entenda tudo sobre condutividade térmica.

O que é condutividade térmica?

Como o nome diz, a condutividade térmica de qualquer material físico é a medida de seu potencial para conduzir calor. Em outras palavras, essa propriedade pode ser melhor descrita como uma medida da taxa de fluxo de calor através de uma determinada espessura do metal ou outro material.

Portanto, materiais de baixa condutividade térmica transferem calor a uma taxa menor do que os de alta condutividade.

Essa propriedade é o oposto da resistência térmica. Também é um dos três métodos de transferência de calor, sendo os outros dois a convecção e a radiação.

No Sistema Internacional de Unidades (SI), sua unidade de medida é watt por metro-Kelvin (W/m⋅K).

Desenho de panela aquecida que mostra diferença entre radiação, convecção e condução.

Fórmula

A fórmula da condutividade térmica busca descobrir a quantidade de calor (Q) transferida em um tempo (t). Para calcular, é necessário levar em conta os 4 fatores que interferem na taxa em que o calor é conduzido por um material:

k: constante de condutividade térmica para o material;

A: área transversal do material que conduz calor;

ΔT: diferença de temperatura entre um lado e outro do material;

d: espessura do material.

A fórmula fica assim:

Q÷t= kAΔT÷d

Diferença entre condutividade térmica e elétrica

A condutividade térmica de um material descreve a rapidez com que ele pode conduzir calor. Já a condutividade elétrica tem relação com sua capacidade de transmitir corrente elétrica.

Ambas as propriedades são bem caracterizadas e têm uma vasta quantidade de aplicações em geração e transmissão de energia, engenharia elétrica, eletrônica, termodinâmica e calor, entre outras.

Barra de aço aquecida em um ponto.

E o calor específico?

Diferente da condutividade — que tem relação com a capacidade de transferir calor — o calor específico é a capacidade de retenção de uma determinada quantidade de calor.

Condutividade térmica dos metais

Em geral, os metais são ótimos condutores térmicos (assim como possuem alta condutividade elétrica e alta densidade). São materiais moldáveis e flexíveis, uma vez que podem ser torcidos sob tensão sem se separar. O cobre é consideravelmente melhor condutor térmico do que o alumínio, latão, aço inoxidável e aço carbono.

Essa propriedade controla a grandeza das inclinações de temperatura que ocorrem nas peças durante a montagem e uso. Em partes auxiliares expostas a ciclos térmicos, esses graus de variação levam a tensões térmicas.

Com base em sua taxa de condução, os metais são classificados e usados ​​para aplicações específicas. Se um metal tiver alta condutividade térmica, ele será usado como dissipador de calor. Por outro lado, se o metal tiver baixa condutividade, ele será empregado em aplicações de isolamento térmico.

Nesse sentido, o isolamento atua contra a transferência de calor, enquanto o dissipador a favorece.

Os metais contêm elétrons que são essencialmente responsáveis ​​pela condução de calor. As mais altas condutividades térmicas estão disponíveis nos metais mais perfeitos em seu estado temperado.

Os metais são, geralmente, bons condutores térmicos.

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Condutividade térmica do aço

O aço tem um dos menores valores de condutividade térmica dentre todos os metais. Por isso, é o material ideal para uso em ambientes de alta temperatura, como motores de veículos ou aviões.

Os maus condutores térmicos (como o aço) transportam o calor muito lentamente, por isso são ótimos ​​como isolantes.

A condutividade térmica do aço é medida em aproximadamente 71 W/(mK), que é, por exemplo, extremamente baixa em comparação com o cobre e o alumínio, que apresentam um valor de 397 W/(mK) e 226 W/(mK), respectivamente.

Tabela de condutores térmicos

Metais Condutividade térmica em temperatura ambiente (W/m.k)
Prata 426
Ouro 317
Alumínio 226
Aço carbono 71
Magnésio 151
Latão 117
Cobre 397
Chumbo 34
Tungstênio 197
Ferro 72
Níquel 88
Zinco 112
Titânio 21
Estanho 62

Usos dos condutores de calor

Fios de cobre.

Cobre, alumínio, estanho, chumbo, magnésio e até mesmo o plástico são frequentemente usados ​​na fabricação de peças de telefones, laptops, computadores e eletrônicos automotivos.

O cobre é econômico e usado para fiação elétrica. O chumbo é aplicado em revestimento de cabos e fabricação de baterias. O estanho é usado para fazer soldas. As ligas de magnésio são empregadas na produção de novas tecnologias, pois são leves.

Os metais também são importantes na indústria de engenharia. As ligas de alumínio — assim como as de aço — são frequentemente utilizadas na fabricação de peças automotivas e de aviões. A fundição de automóveis é feita de zinco. Ferro, aço e níquel são metais comuns usados ​​na construção e infraestrutura.

No caso do aço, aumentar seu teor de carbono o torna mais forte, mas menos dúctil. O aço carbono tem aplicação geral em indústrias. As outras ligas também, cada uma mais indicada para uma determinada finalidade.

Motor de avião feito de aço inoxidável.
O aço inoxidável é imprescindível para a indústria aeroespacial devido à sua baixa taxa de condutividade térmica.

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