9 condutores de calor e suas características - Ciência - 2023

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o condutores de calor São aqueles materiais cuja estrutura é tal que o calor pode passar por eles com muita facilidade. É preciso lembrar que toda matéria é composta de átomos e moléculas em constante movimento vibratório, e que o calor se traduz em maior agitação dessas partículas.

Alguns materiais conduzem melhor o calor do que outros, pois sua configuração interna facilita esse fluxo de energia. A madeira, por exemplo, não é um bom condutor de calor porque leva muito tempo para aquecer. Mas, por outro lado, o ferro, o cobre e outros metais são, o que significa que suas partículas adquirem energia cinética muito rapidamente.

É por isso que os metais são os favoritos para fazer utensílios de cozinha, como potes e panelas. Eles aquecem rapidamente e atingem temperaturas altas o suficiente para que os alimentos cozinhem corretamente.

No entanto, as alças e alças, que estão em contato com as mãos do usuário, são feitas de outros materiais isolantes de calor. Desta forma, as panelas são fáceis de manusear mesmo quando estão quentes.

Tipos de condutores

Dependendo da forma como conduzem calor, os materiais são classificados em:

–Condutores térmicos: diamante e metais como cobre, ferro, zinco e alumínio, entre outros. Bons condutores de eletricidade geralmente também são bons condutores de calor.

–Isolamento térmico: madeira, borracha, fibra de vidro, plástico, papel, lã, anime, cortiça, polímeros são bons exemplos. Os gases também não são bons condutores.

Condutividade térmica de materiais

A propriedade que caracteriza intrinsecamente a forma como cada um deles conduz o calor é denominada Condutividade térmica. Quanto maior a condutividade térmica de uma substância, melhor ela conduz o calor.

A condutividade térmica das substâncias é determinada experimentalmente. No Sistema Internacional de Unidades SI, a condutividade térmica é medida em Watt / (metro x kelvin) ou W / (m.K). É interpretado da seguinte forma:

1 W / (m.K) equivale a 1 watt de potência, transmitido por um comprimento igual a 1 metro, quando a diferença de temperatura entre os dois extremos é de 1 kelvin.

Outra unidade de condutividade térmica usada em países anglo-saxões é BTUH / (ft.ºF), onde as iniciais BTUH correspondem a Unidade Térmica Britânica por agora.

Valores de condutividade térmica

Abaixo estão as condutividades térmicas de alguns elementos e materiais encontrados na natureza e que são frequentemente usados na indústria.

No entanto, é preciso destacar que existem compostos sintéticos, ainda em fase experimental, cuja condutividade térmica supera em muito a do diamante, que está no topo da mesa.

A temperatura é decisiva no valor da condutividade térmica dos metais. Conforme a temperatura aumenta, também aumenta a condutividade térmica (embora a condutividade elétrica diminua). Para não metais, a condutividade térmica é aproximadamente constante em uma ampla faixa de temperaturas.

Os valores na tabela são especificados a 25ºC e pressão de 1 atmosfera.

Ao selecionar um material por suas propriedades térmicas, deve-se levar em consideração que ele se expande com o calor. Esta capacidade é dada pelo Coeficiente de expansão térmica.

Principais condutores de calor

Diamante

É o melhor condutor térmico à temperatura ambiente, muito melhor do que o cobre e qualquer outro metal. No diamante, que é um isolante elétrico, o calor não flui através dos elétrons de condução, mas através da propagação de vibrações em sua estrutura cristalina altamente organizada. Essas vibrações são chamadas de fônons.

Possui também baixo coeficiente de dilatação térmica, o que significa que suas dimensões permanecerão próximas às originais quando aquecido. Quando é necessário um bom condutor de calor que não conduza eletricidade, o diamante é a melhor opção.

Por isso, é amplamente utilizado para remover o calor produzido por circuitos de computadores e outros dispositivos eletrônicos. Mas tem uma grande desvantagem: é extremamente caro. Embora existam diamantes sintéticos, eles não são fáceis de fazer e também são caros.

Prata

É um metal muito valorizado para ornamentação devido ao seu brilho, cor e maleabilidade. É resistente à oxidação e entre todos os metais é o que possui a maior condutividade térmica, além de excelente condutividade elétrica.

Por isso, tem múltiplas aplicações na indústria, tanto isoladamente quanto em ligas com outros elementos como níquel e paládio.

Com prata pura são feitos circuitos impressos, cabos supercondutores de alta temperatura e revestidos os condutores usados na eletrônica, além de serem usados em liga para fazer os contatos elétricos.

Tem a desvantagem de ser relativamente escasso e, portanto, caro, mas a combinação única de propriedades físicas para essas aplicações torna-o uma excelente alternativa, por ser muito flexível e com ele se obtêm condutores de bom comprimento.

Cobre

É um dos metais mais utilizados quando se deseja uma boa condutividade térmica, pois não se corroe facilmente e seu ponto de fusão é bastante elevado, o que significa que não derreterá facilmente quando exposto ao calor.

Outras vantagens que possui é a ductilidade, além de não ser magnético. O cobre é reciclável e muito menos caro do que a prata. No entanto, seu coeficiente de expansão térmica é alto, o que significa que suas dimensões mudam sensivelmente quando aquecido.

Devido às suas boas propriedades térmicas, é muito utilizado em utensílios de cozinha, como panelas de cobre revestidas com aço, por exemplo. Também para fabricar trocadores de calor em tanques de água quente, em sistemas de aquecimento central, radiadores de automóveis e dissipação de calor em aparelhos eletrônicos.

Ouro

É o metal precioso por excelência e ocupa um lugar preponderante na história da humanidade. Além desse significado especial, o ouro é maleável, resistente e um excelente condutor de calor e eletricidade.

Como o ouro não sofre corrosão, ele é usado para transportar pequenas correntes em componentes eletrônicos de estado sólido. Essas correntes são tão pequenas que podem ser facilmente interrompidas ao menor sinal de corrosão, razão pela qual o ouro garante componentes eletrônicos confiáveis.

Ele também é usado para fabricar conectores de fone de ouvido, contatos, relés e cabos patch. Dispositivos como smartphones, calculadoras, laptops e desktops e televisores contêm pequenas quantidades de ouro.

Os vidros especiais para ambientes de ar condicionado também contêm ouro disperso, de forma que ajudam a refletir a radiação solar para fora, mantendo o frescor por dentro quando está muito quente. Da mesma forma, ajudam a manter o calor interno do prédio durante o inverno.

Lítio

É o mais leve de todos os metais, embora muito reativo, por isso se corrói facilmente. Também deve ser manuseado com muito cuidado, pois é altamente inflamável. Por isso, embora seja abundante, não é encontrado no estado livre, mas em compostos, para os quais deve ser isolado geralmente por métodos eletrolíticos.

Sua condutividade térmica é semelhante à do ouro, mas é muito mais barata do que isso. O carbonato de lítio é um composto usado na fabricação de vidro e cerâmica resistentes ao calor.

Outro uso comum do lítio é a fabricação de baterias leves e de longa duração, nas quais o cloreto de lítio é usado para extrair o lítio metálico. Adicionado no processamento do alumínio, aumenta a condutividade elétrica deste e diminui as temperaturas de operação.

Alumínio

Este metal leve, barato, altamente resistente e fácil de trabalhar é um dos principais materiais usados para fazer trocadores de calor em equipamentos de ar condicionado, como condicionadores de ar e aquecedores.

Tanto no mercado interno quanto no industrial, os utensílios de alumínio são amplamente usados em cozinhas em todo o mundo.

Utensílios de alumínio, como potes, panelas e assadeiras são extremamente eficientes. Eles não alteram o sabor dos alimentos e permitem que o calor se espalhe rápida e uniformemente durante o cozimento.

Apesar disso, as panelas e frigideiras de alumínio foram substituídas pelo aço inoxidável, que não é um bom condutor de calor. Isso ocorre porque o aço inoxidável não reage com ácidos mais fortes, como o molho de tomate, por exemplo.

Por isso é preferível fazer molhos de tomate em utensílios de aço, para evitar que o alumínio entre nos alimentos, já que alguns têm associado o alumínio - presente em antiácidos, talcos, desodorantes e tantos outros produtos - ao aparecimento de doenças degenerativas, embora a maioria dos especialistas, assim como o FDA, rejeitem essa hipótese.

Os tachos de alumínio anodizado não apresentam o risco de libertar partículas de alumínio e podem, em princípio, ser utilizados com maior segurança.

Bronze

O bronze é uma liga de cobre e estanho principalmente, com outros metais em menor extensão. Está presente desde a antiguidade na história da humanidade.

É tão importante que um período da Pré-história chegou a ser denominado Idade do Bronze, época em que as pessoas descobriram e começaram a usar as propriedades dessa liga.

O bronze é resistente à corrosão e fácil de trabalhar. Inicialmente servia para confeccionar diversos utensílios, ferramentas, joias, objetos de arte (esculturas, por exemplo) e armas, além de cunhar moedas. Hoje ainda é usado na fabricação de tubos, peças mecânicas e instrumentos musicais.

Zinco

É um metal branco-azulado muito maleável e dúctil, fácil de trabalhar, embora com baixo ponto de fusão. É conhecido desde os tempos antigos, principalmente usado em ligas.

Atualmente é usado para galvanizar aço e, assim, protegê-lo da corrosão. Também na fabricação de baterias, pigmentos e fabricação de chapas especiais de zinco para a construção civil.

Ferro

O ferro é outro metal com grande significado histórico. Assim como o bronze, o ferro está ligado a uma etapa da Pré-história em que ocorreram grandes avanços tecnológicos: a Idade do Ferro.

Hoje o ferro fundido continua a ter muitas aplicações na fabricação de ferramentas, utensílios, na construção civil e como material para a fabricação de peças automotivas.

O ferro é um excelente condutor de calor, como vimos. Objetos de ferro distribuem muito bem o calor e o conservam por muito tempo. Possui também um alto ponto de fusão, o que o torna resistente a altas temperaturas, daí sua utilidade na fabricação de todos os tipos de fornos, tanto industriais como domésticos.

Referências

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