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Em geral, a condutividade térmica da expressão é a quantidade de calor que flui através de um cubo de 1x1x1m de um material em 1 segundo se houver um gradiente de temperatura de exatamente 1 K entre dois lados opostos.
Isto faz da condutividade térmica uma propriedade caraterística do material com o seu próprio símbolo (λ – “lambda”) e a sua própria unidade SI W / mK. O seu valor recíproco é a resistência térmica específica.
Definição científica
A definição científica de condutividade térmica afirma-a como a propriedade material que descreve o transporte de calor dentro de uma amostra. Para cada temperatura da amostra, é obtida a partir do produto da densidade, da difusividade térmica e da capacidade térmica específica a essa temperatura (equação 1) e pode ser descrita como o quociente negativo da densidade do fluxo de calor e do gradiente de temperatura (equação 2). O exemplo da (equação 3) serve de ilustração.
λ = ρ * cp * α (1)
λ = condutividade térmica, ρ = densidade, cp = capacidade térmica específica, α = difusividade térmica
λ = -q / ∆T (2)
λ = condutividade térmica, q = densidade média do fluxo de calor, ∆T = gradiente de temperatura
Se esta definição for utilizada para considerar uma amostra cilíndrica, por exemplo, podem ser efectuados os seguintes cálculos: Se se considerar um cilindro ideal homogéneo de comprimento l e secção transversal A constante, isolado lateralmente e que só pode sofrer uma variação de temperatura nas suas duas extremidades, o gradiente de temperatura ao longo do seu comprimento é (∆T) / l. A densidade do fluxo de calor na direção do lado quente para o lado frio é λ * (∆T) / l.
Se considerarmos a secção transversal A, existe um fluxo de calor Q que pode ser calculado através da (equação 3):
Q = (A * λ * ∆T) / l (3)
λ = condutividade térmica, Q = fluxo de calor, ∆T = gradiente de temperatura, A = secção transversal, l = comprimento
Medição da condutividade térmica (métodos):
Os métodos de medição para determinar a condutividade térmica são variados, mas podem ser categorizados em dois grupos básicos para uma melhor visão geral: métodos de medição transientes e estacionários.
No nosso vídeo, os nossos dois cientistas explicam a diferença entre estes métodos.
Métodos de medição estacionários
como o processo de placa “ Chapa quente protegida “, o “ Medidor de fluxo de calor r “, ou o “ Testador de Material de Interface Térmica ” pertencem aos métodos de medição estacionários.
A amostra de material é colocada entre uma placa aquecida e uma placa arrefecida. Isto resulta num gradiente de temperatura e, consequentemente, também num fluxo de calor ao longo da amostra, que é monitorizado até se aproximar de um valor final constante.
Se a espessura da amostra e o fluxo de calor medido forem conhecidos, a condutividade térmica da amostra pode ser calculada. Com o aparelho de teste TIM, a resistência térmica pode ser medida sob carga ou compressão variável e a condutividade térmica e a resistência térmica de contacto podem ser determinadas a partir daí.
Métodos de medição de transientes
Um exemplo bem conhecido de processos transitórios é o processo de flash a laser – um clássico que existe desde 1975 e que ainda hoje é utilizado em todo o mundo. A razão: apesar dos seus elevados custos e complexidade técnica, fornece resultados extremamente precisos, mesmo sob condições extremas de até 2.800 °C. O disco de amostra é aquecido de um lado por um laser curto e de alta energia ou por um flash de luz. Um detetor de infravermelhos mede então o aumento de temperatura no lado oposto. Em combinação com a espessura da amostra, a difusividade térmica pode ser calculada utilizando um modelo de condutividade térmica.
Os métodos do fio de aquecimento e da tira de aquecimento (por exemplo, o método da ponte quente transiente) também pertencem às técnicas transientes. São flexíveis, podem ser utilizados numa grande variedade de configurações de sensores e, por conseguinte, abrangem uma vasta gama de medição. Um fio de aquecimento embutido num substrato emite constantemente calor. A distribuição de temperatura resultante, dependente do tempo, na amostra e no sensor é registada com um termómetro integrado – um indicador direto das propriedades de transporte térmico do material.
Particularidade: Medição da condutividade térmica em camadas finas
Um caso especial é a medição da condutividade térmica em camadas finas na gama dos nanómetros a micrómetros. Embora estas medições se baseiem parcialmente nos mesmos princípios básicos que para as amostras sólidas, a
