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PROPIEDADES TERMICAS DE LOS MATERIALES

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Monsy Pecero

on 30 April 2014

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PROPIEDADES TERMICAS DE LOS MATERIALES
Se define la capacidad calorífica o capacidad térmica molar como la energía necesaria para hacer variar en 1 K la temperatura de un mol de material. En los sólidos se trabaja usualmente con el valor Cp, definido como al capacidad calorífica a presión constante.
PROPIEDADES TERMICAS / CALOR ESPECIFICO
CUANDO SE CALIENTA UN MATERIAL SÓLIDO, ÉSTE EXPERIMENTA UN AUMENTO DE TEMPERATURA, INDICANDO CON ELLO QUE ABSORBE ENERGÍA.

LA CAPACIDAD CALORÍFICA ES UNA PROPIEDAD QUE INDICA LA CAPACIDAD DE UN MATERIAL DE ABSORBER CALOR DE SU ENTORNO.
PROPIEDADES TERMICAS

La temperatura es un factor externo de enorme importancia, ya que afecta a prácticamente todas las características de los materiales. Las propiedades mecánicas, eléctricas o magnéticas sufren importantes cambios cuando la temperatura varía, por lo que los efectos térmicos sobre estas propiedades deberán tenerse en cuenta siempre a la hora de dimensionar o seleccionar el material idóneo.
PROPIEDADES TERMICAS /DILATACION TERMICA
Al aumentar la temperatura, los átomos vibran con mayor amplitud alrededor de su posición de equilibrio, provocando un incremento en la distancia interatómica d0 de equilibrio, y por tanto haciendo aumentar las dimensiones del material.
El cambio de dimensión dL por unidad de longitud y por grado centígrado (o absoluto) de temperatura está dado por la expresión:
PROPIEDADES TERMICAS / REFRACTARIEDAD
LA RESISTENCIA TÉRMICA O REFRACTARIEDAD DE UN MATERIAL ESTÁ LIGADA A SU PUNTO DE FUSIÓN SÓLO LOS COMPUESTOS PUROS TIENEN UN PUNTO DE FUSIÓN VERDADERO DEFINIDO. PARA UN COMPUESTO PURO EL PUNTO DE FUSIÓN ES LA TEMPERATURA A LA CUAL SE VERIFICA EL CAMBIO DE
FASE O LA TRANSFORMACIÓN DEL ESTADO SÓLIDO AL LÍQUIDO DE UN DETERMINADO CONSTITUYENTE (SOLIDO↔LIQUIDO)


CONDUCTIVIDAD TERMICA
La conductividad térmica k es una propiedad de los materiales que determina la velocidad a la que el calor se transmite en el material, siendo un factor de máxima importancia en aplicaciones que involucren la transferencia de calor: moldes de solidificación, intercambiadores, pantallas aislantes, etc. La ecuación fundamental que regula el flujo de calor Q por unidad de tiempo a través de una sección A, cuando existe un gradiente de temperatura dT/dx, viene dada por la expresión, ya conocida por física fundamental:

Algunas aplicaciones industriales importantes requieren la utilización de materiales con propiedades térmicas específicas, imprescindibles para el correcto funcionamiento del dispositivo o equipo en cuestión. así ocurre, por ejemplo, en un intercambiador de calor, cuyo rendimiento depende directamente de la conductividad térmica del material empleado en su construcción. En otros casos, estas propiedades no son tan determinantes, pero deberán ser tenidas en cuenta a la hora de seleccionar el material idóneo.
REPRESENTA LA CANTIDAD DE ENERGÍA NECESARIA PARA A NECESARIA PARA
AUMENTAR LA TEMPERATURA DEL MATERIAL EN UNA UNIDAD. MATERIAL EN UNA UNIDAD.









Normalmente, la capacidad calorífica se expresa por mol de material C (J/mol.K), obteniéndose la capacidad calorífica molar, que puede ser a volumen constante,CV o a presión constante, CP.
LA MAGNITUD DE CP ES MÁS FÁCIL DE MEDIR Y SIEMPRE ES
MAYOR QUE CV. SIN EMBARGO, ESTA DIFERENCIA ES MUY
PEQUEÑA PARA LA MAYORÍA DE LOS MATERIALES SÓLIDOS A
TEMPERATURA AMBIENTE E INFERIORES.





a = Coeficiente de dilatación térmica lineal
K = Módulo de elasticidad volumétrica es decir el cociente
entre el cambio de presión y la disminución relativa de volumen
V = Volumen
T = Temperatura absoluta
Para los sólidos la diferencia entre Cp y Cv es muy pequeña, ya que el valor de a es muy pequeño y el de K grande. A temperatura ambiente la diferencia para los sólidos es del 5 %
Hay una correlación entre la temperatura de fusión y el coeficiente de dilatación. Al aumentar las fuerzas de enlace la temperatura de fusión aumenta y el coeficiente de dilatación disminuyen.

Los coeficientes de dilatación de los materiales cerámicos y vidrios son generalmente
inferiores a los de los metales, que son a su vez menores que los de los polímeros.

En algunas cerámicas a es anisotrópico, incluso algunas cerámicas pueden contraerse en una determinada dirección al ser calentadas mientras ocurre lo contrario en otras direcciones.

La temperatura durante el cambio de estado no varía, pues aplicando la regla de las fases:
F + L = C + 2

y si se fija la presión: F + L = C + 1



entonces como C = 1 y F = 2 resulta que L = 0.
LOS MATERIALES REFRACTARIOS, SALVO ALGUNOS CASOS, NO SON COMPUESTOS PUROS, Y EN REALIDAD PRESENTAN UN INTERVALO DE REBLANDECIMENTO, P0R LO QUE AMBOS TÉRMINOS NO DEBERÍAN UTILIZARSE INDISCRIMINADAMENTE.
CABE MÁS BIEN HABLAR DE PUNTO DE REBLANDECINIENTO, FLUENCIA PLÁSTICA O, A LO SUMO, DE PUNTO MEDIO DE FUSIÓN YA QUE ÉSTA ES SIEMPRE GRADUAL AL SER DIFERENTE PARA LOS DIVERSOS COMPUESTOS QUE INTEGRAN EL MATERIAL. EL REBLANDECIMIENTO ES MÁS SIGNIFICATIVO QUE EL PUNTO DE FUSIÓN VERDADERO, YA QUE UN MATERIAL ES DE RELATIVO VALOR REFRACTARIO SI SE DEFORMA A PARTIR DE 1500 ºC, AUNQUE LA FUSIÓN COMPLETA NO SE PRODUZCA HASTA QUE SE ALCANCEN LOS 1700 ºC

En efecto, cuando un sólido recibe energía en forma de calor, el material absorbe calor, lo transmite y se expande. Estos tres fenómenos dependen respectivamente de tres propiedades características del material: la capacidad calorífica o su equivalente calor específico, de su conductividad térmica y de su coeficiente de dilatación. Analizaremos por separado cada uno de ellos.
CAPACIDAD CALORIFICA
Donde a se define como el coeficiente de expansión térmica o coeficiente de dilatación. El conocimiento del coeficiente de expansión térmica o coeficiente de dilatación permite determinar los cambios dimensionales que sufre el material como consecuencia de un cambio en su temperatura.


La determinación experimental del coeficiente de dilatación correspondiente a un material en un rango de temperaturas dado se realiza con ayuda de un dilatómetro. Los fundamentos de la dilatometría y los registros característicos se presentaron en la unidad correspondiente a las transformaciones isotérmicas de la austenita, como herramienta para la determinación de cambios de fases en estado sólido.
Las propiedades térmicas como el calor específico o los coeficientes de dilatación son importantes en piezas sometidas a fuertes gradientes de temperatura, como la estructura y recubrimiento de los hornos. Tanto el calor específico como el coeficiente son prácticamente invariantes con la estructura policristalina, dependiendo fundamentalmente del tipo de enlaces y de las características de la red cristalina básica.
La conductividad térmica, en cambio, sí se ve notablemente afectada por la estructura policristalina. La conductividad térmica es un parámetro fundamental en dispositivos donde la transmisión de calor sea determinante de su eficacia, como ocurre con los ya citados intercambiadores de calor o, en el caso contrario, en los sistemas de aislamiento térmico.
MATERIALES AISLANTES
cuando se habla de aislamiento termico generalmente
se ´piensa en el uso de materiales con una elevada resistencia termica con los cuales se busca reducir el flujo de energia a traves de los cerramientos.
Principales funciones de los materiales aislantes
*Minimizar el paso de calor.
*controlar las temperaturas superficiales.
*modificar la inercia termica.
CARACTERISTICAS TERMICAS
BASICAS
*DENSIDAD.- es el cociente que resulta de dividir la cantidad de masa de dicho material por su volumen unitario.
*CONDUCTANCIA Y RESISTECIA.- representa la capacidad de la capa del material para conducir el calor.
*CALOR ESPECIFICO VOLUMETRICO. representa la capacidad de almacenamiento de calor de material.
*CAPACIDAD TERMICA.- representa una medida del calor que pueden almacenar las capas de material.
*
CARACTERISTICAS SUPERFICIALES
*ABSORTIVIDAD Y ABSORTANCIA.- es la propiedad de un material que determina la cantidad de radiacion incidente que puede absorver.
*EMISIVIDAD.- representa la proporcion entre la energia radiada por dicho material material y la energia que radiaria un cuerpo negro ideal.
*REFLECTIVIDAD Y REFLECTANCIA.- representa la fraccion de la radiacion incidente que es reflejada por una superficie
*RUGOSIDAD.- es el coeficiente entre el area real y el area aparente de su superficie.

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