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Difusividade térmica: Noções básicas e exemplos
O que é difusividade térmica?
A difusividade térmica é uma propriedade crucial na ciência e engenharia de materiais, determinando a eficiência com que um material pode conduzir o calor em relação à sua capacidade de armazenar energia térmica. Ela desempenha um papel importante em várias aplicações, incluindo isolamento, resfriamento de eletrônicos e processamento de materiais.
Fatores que afetam a difusividade térmica
Vários fatores influenciam a difusividade térmica de um material:
- Condutividade térmica: A condutividade térmica mais alta geralmente leva a uma difusividade térmica mais alta.
- Densidade:materiais com densidade mais alta podem apresentar características diferentes de transferência de calor.
- Capacidade de calor específica: A quantidade de calor necessária para alterar a temperatura de um material afeta sua difusividade térmica.
Difusividade térmica versus condutividade térmica
Embora tanto a difusividade térmica quanto a condutividade térmica estejam relacionadas à transferência de calor, elas descrevem aspectos diferentes:
- Condutividade térmica: Mede a capacidade de um material de conduzir calor.
- Difusividade térmica: Indica a rapidez com que o calor se espalha por um material, levando em conta a condutividade térmica, a densidade e a capacidade específica de calor.
Compreender a distinção entre essas propriedades é essencial para selecionar materiais para aplicações térmicas específicas.
Aplicações da difusividade térmica
A difusividade térmica é vital em vários setores:
- Eletrônica:garante a dissipação eficiente do calor nos dispositivos.
- Construção:ajuda na seleção de materiais com propriedades de isolamento adequadas.
- Manufatura:orienta processos como soldagem e tratamento térmico por meio da previsão do fluxo de calor.
Dados de difusividade térmica
Aqui está uma tabela que mostra a difusividade de vários materiais, que se refere à taxa na qual uma substância (como calor, massa ou partículas) se espalha por um meio. Nesse caso, vamos nos concentrar na difusividade térmica(para transferência de calor), na difusividade de massa (para a propagação de partículas ou gases) e na difusividade molecular.
|
Material |
Difusividade térmica (×10-⁶m²/s) |
Difusividade de massa (×10-⁶m²/s) |
Difusividade molecular (×10-⁶m²/s) |
|
97 |
80-90 |
0.92 |
|
|
Cobre |
111 |
50-60 |
0.91 |
|
Aço |
15 |
10-20 |
0.67 |
|
Vidro |
0.7 |
0.02-0.2 |
0.5-0.7 |
|
Água |
0.144 |
0.5-2.0 |
0.2-0.3 |
|
Concreto |
0.8 |
0.01-0.1 |
0.02 |
|
Madeira |
0.1 |
0.1-0.3 |
0.1 |
|
Ar |
0.22 |
0.2-0.6 |
0.2-0.6 |
|
Diamante |
450 |
N/A |
0.02 |
|
Hélio |
0.23 |
0.25-0.4 |
0.91 |
|
Nitrogênio |
0.22 |
0.1-0.3 |
0.6 |
Para obter mais informações, consulte aStanford Advanced Materials (SAM).
Perguntas frequentes
Qual é a unidade de difusividade térmica?
A difusividade térmica é medida em metros quadrados por segundo (m²/s) ou milímetros quadrados por segundo (mm²/s).
Como a difusividade térmica é calculada?
Ela é calculada dividindo-se a condutividade térmica pelo produto da densidade e da capacidade de calor específica.
Por que a difusividade térmica é importante na seleção de materiais?
Ela ajuda a determinar a rapidez com que um material pode responder às mudanças de temperatura, o que é fundamental para o gerenciamento térmico em várias aplicações.
A difusividade térmica pode ser aumentada em um material?
Sim, ao melhorar a condutividade térmica ou reduzir a densidade e a capacidade de calor específica, a difusividade térmica pode ser aumentada.
Como a difusividade térmica afeta o isolamento de edifícios?
Os materiais com baixa difusividade térmica são melhores isolantes, pois diminuem a taxa de transferência de calor, mantendo a estabilidade da temperatura.
Chin Trento
