O que são materiais condutores de calor?

O materiais condutores de calor são aqueles que permitem que o calor seja transferido eficientemente entre uma superfície (ou um líquido) com alta temperatura e outra de temperatura mais baixa.

Os materiais condutores de calor são utilizados em diferentes aplicações de engenharia. Entre as aplicações mais importantes estão a construção de equipamentos de refrigeração, equipamentos de dissipação de calor e, em geral, qualquer equipamento que exija troca de calor em seus processos.

Os materiais que não são bons condutores de calor são conhecidos como isoladores. Entre os materiais de isolamento mais utilizados estão a cortiça e a madeira.

É comum que os materiais que conduzem bem o calor também sejam bons condutores de eletricidade.

Alguns exemplos de bons materiais condutores de calor e eletricidade são o alumínio, o cobre e a prata, entre outros.

Diferentes materiais e suas respectivas propriedades de condução de calor podem ser encontrados em manuais de química que resumem os resultados experimentais de condução feitos nesses materiais.

Condução de calor

A condução é a transferência de calor que ocorre entre duas camadas do mesmo material ou entre superfícies em contato de dois materiais que não trocam matéria.

Neste caso, a transferência de calor nos materiais é dada graças aos choques moleculares que ocorrem entre as camadas ou superfícies.

Choques moleculares permitem a troca de energia interna e cinética entre os átomos do material.

Assim, a camada ou superfície com átomos de maior energia interna e energia cinética transfere para as camadas ou superfícies de menor energia, aumentando assim a temperatura destes.

Diferentes materiais têm diferentes estruturas moleculares, o que significa que nem todos os materiais têm a mesma capacidade de conduzir calor. 

Condutividade térmica

Para expressar a capacidade de um material ou um fluido para conduzir o calor, a propriedade física "condutividade térmica" é usada, geralmente representada pela letra. k.

A condutividade térmica é uma propriedade que deve ser encontrada experimentalmente. Estimativas experimentais de condutividade térmica para materiais sólidos são relativamente simples, mas o processo é complexo para sólidos e gases.

A condutividade térmica para materiais e fluidos é relatada para uma quantidade de material com uma área de fluxo de 1 pé quadrado, uma espessura de 1 pé, durante uma hora a uma diferença de temperatura de 1 ° K.

Materiais condutores de calor

Embora, em teoria, todos os materiais possam transferir calor, alguns têm melhor condução do que outros.

Na natureza existem materiais como cobre ou alumínio que são bons condutores de calor, no entanto a ciência dos materiais, nanotecnologia e engenharia permitiram a criação de novos materiais com boas propriedades de condução.

Enquanto um material condutor de calor como o cobre, encontrado na natureza, tem uma condutividade térmica de 401 W / K m, foram relatados nanotubos de carbono fabricados com condutividades térmicas perto de 6600 W / K m.

Os valores de condutividade térmica para vários materiais podem ser vistos na tabela a seguir:

Referências

1. Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Condutividade Térmica Incomum e Alta de Nanotubos de Carbono. Revisões Físicas. 2000; 84: 4613
2. Chen Q. et al. Um critério alternativo na otimização de transferência de calor. Anais da Royal Society A: Ciências Matemáticas, Físicas e de Engenharia.2011; 467 (2128): 1012-1028.
3. Cortes L. et al. 2010. Condutividade térmica dos materiais. Simpósio de Metrologia
4. Kaufman W. C. B. Bothe D. Meyer S.D. Capacidades de Isolamento Térmico de Materiais de Vestuário Qutdoor. Ciência. 1982; 215 (4533): 690-691.
5. Kern D. 1965. Processos de transferência de calor. Monte McGraw.
6. Merabia S. et al. Transferência de calor de nanopartículas: uma análise de estado correspondente. Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América. 2009; 106 (36): 15113-15118.
7. Salunkhe P. Jaya Krishna D. Investigações sobre materiais de armazenamento de calor latente para aplicações de aquecimento solar e água no espaço. Jornal de Armazenamento de Energia. 2017; 12: 243-260.