Condutividade térmica do vidro
O vidro é um sólido amorfo não cristalino que geralmente é transparente e tem amplo uso prático, tecnológico e decorativo em, por exemplo, vidraças. O vidro é feito de areia e outros minerais que são derretidos juntos a temperaturas muito altas para formar um material ideal para uma ampla gama de usos. Por ser um material sólido amorfo, não possui alta condutividade térmica . Sua condutividade térmica é de cerca de k = 1 W / mK
Exemplo – Fluxo de calor através de uma janela
Perda de calor através das janelas
Uma das principais fontes de perda de calor de uma casa é através das janelas. Calcule a taxa de fluxo de calor através de uma janela de vidro com 1,5 mx 1,0 m de área e 3,0 mm de espessura, se as temperaturas nas superfícies interna e externa forem de 14,0 ° C e 13,0 ° C, respectivamente. Calcule o fluxo de calor através desta janela.
Solução:
Neste ponto, conhecemos as temperaturas nas superfícies do material. Essas temperaturas são dadas também pelas condições dentro e fora da casa. Nesse caso, o calor flui por condução através do vidro, da temperatura interna mais alta para a temperatura externa mais baixa. Usamos a equação de condução de calor:
Assumimos que a condutividade térmica de um vidro comum é k = 0,96 W / mK
O fluxo de calor será então:
q = 0,96 [W / mK] x 1 [K] / 3,0 x 10 -3 [m] = 320 W / m 2
A perda total de calor através desta janela será:
q perda = q. A = 320 x 1,5 x 1,0 = 480W
Condutividade térmica de não metais
Para sólidos não metálicos , k é determinado principalmente por k ph , que aumenta à medida que a frequência das interações entre os átomos e a rede diminui. De fato, a condução térmica em rede é o mecanismo dominante de condução térmica em não-metais, se não o único. Nos sólidos, os átomos vibram sobre suas posições de equilíbrio (estrutura cristalina). As vibrações dos átomos não são independentes uma da outra, mas são fortemente acopladas aos átomos vizinhos. A regularidade do arranjo de treliça tem um efeito importante no k ph , com materiais cristalinos (bem ordenados) como o quartzotendo uma condutividade térmica mais alta que os materiais amorfos como o vidro. A temperaturas suficientemente altas k ph ∝ 1 / T.
Os quanta do campo vibratório do cristal são chamados de ” fonons ” . Um fonon é uma excitação coletiva em um arranjo elástico periódico de átomos ou moléculas na matéria condensada, como sólidos e alguns líquidos. Os fônons desempenham um papel importante em muitas das propriedades físicas da matéria condensada, como condutividade térmica e condutividade elétrica. De fato, para sólidos cristalinos e não metálicos como diamante, o k ph pode ser bastante grande, excedendo os valores de k associados a bons condutores, como o alumínio. Em particular, o diamante tem a mais alta dureza e condutividade térmica (k = 1000 W / mK) de qualquer material a granel.
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