Conductividad térmica de vidrio
El vidrio es un sólido amorfo no cristalino que a menudo es transparente y tiene un uso práctico, tecnológico y decorativo generalizado, por ejemplo, en paneles de ventanas. El vidrio está hecho de arena y otros minerales que se funden juntos a temperaturas muy altas para formar un material ideal para una amplia gama de usos. Como es un material sólido amorfo, no tiene una alta conductividad térmica . Su conductividad térmica es aproximadamente k = 1 W / mK
Ejemplo: flujo de calor a través de una ventana
Pérdida de calor a través de ventanas.
Una fuente importante de pérdida de calor de una casa es a través de las ventanas. Calcule la tasa de flujo de calor a través de una ventana de vidrio de 1.5 mx 1.0 m de área y 3.0 mm de espesor, si las temperaturas en las superficies interna y externa son 14.0 ° C y 13.0 ° C, respectivamente. Calcule el flujo de calor a través de esta ventana.
Solución:
En este punto, sabemos las temperaturas en las superficies del material. Estas temperaturas también están dadas por las condiciones dentro y fuera de la casa. En este caso, el calor fluye por conducción a través del vidrio desde la temperatura interior más alta hasta la temperatura exterior más baja. Utilizamos la ecuación de conducción de calor:
Suponemos que la conductividad térmica de un vidrio común es k = 0.96 W / mK
El flujo de calor será entonces:
q = 0.96 [W / mK] x 1 [K] / 3.0 x 10 -3 [m] = 320 W / m 2
La pérdida total de calor a través de esta ventana será:
q pérdida = q. A = 320 x 1.5 x 1.0 = 480W
Conductividad térmica de no metales
Para los sólidos no metálicos , k está determinado principalmente por k ph , que aumenta a medida que disminuye la frecuencia de las interacciones entre los átomos y la red. De hecho, la conducción térmica en celosía es el mecanismo de conducción térmica dominante en los no metales, si no el único. En los sólidos, los átomos vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio (red cristalina). Las vibraciones de los átomos no son independientes entre sí, sino que están fuertemente acopladas con los átomos vecinos. La regularidad de la disposición reticular tiene un efecto importante en k ph , con materiales cristalinos (bien ordenados) como el cuarzo.que tiene una conductividad térmica más alta que los materiales amorfos como el vidrio. A temperaturas suficientemente altas k ph ∝ 1 / T.
Los cuantos del campo vibratorio de cristal se denominan ” fonones ” . Un fonón es una excitación colectiva en una disposición periódica y elástica de átomos o moléculas en materia condensada, como sólidos y algunos líquidos. Los fonones juegan un papel importante en muchas de las propiedades físicas de la materia condensada, como la conductividad térmica y la conductividad eléctrica. De hecho, para sólidos cristalinos no metálicos como el diamante, k ph puede ser bastante grande, excediendo los valores de k asociados con buenos conductores, como el aluminio. En particular, el diamante tiene la mayor dureza y conductividad térmica (k = 1000 W / mK) de cualquier material a granel.
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