PROPIEDADES TÉRMICAS TEMA 3 TECNOLOGÍA DE MATERIALES.

PROPIEDADES TÉRMICAS

TEMA 3

TECNOLOGÍA DE MATERIALES

3.1 Conductividad térmica

3.2 Coeficiente de expansión térmica

3.3 Resistencia al choque térmico

3.4 Otras propiedades térmicas

ÍNDICE



Ley de Fourier

q (W/m2) = λ (T1-T2) / x

Figura 3.1 Determinación de la conductividad térmica

3.1 Conductividad térmica3.1 Conductividad térmica


λconductividad térmica

Función del mecanismo de transferencia de

calor que opera en las diferentes familias de

materiales

Régimen estacionario




Aleaciones metálicas: movimiento de sus electrones libres

λ = ceν l/3

Calor específico del electrón

por unidad de volumen

Velocidad a la que se

desplazan en el interior

del sólido (2,5x105)

Camino libre medio o camino que

recorre el electrón sin sufrir

perturbación alguna

(10-7m en los metales puros)

(10-9m soluciones sólidas)




Cerámicas y polímeros: movimiento de los fonones

λ = ρ cpν l/3

Calor específico por unidad de volumen

cp calor específico por

unidad de peso (kJ/kgK)

ρ densidad

Velocidad de las ondas elásticas(~103 m/s)

Recorrido libre medio (~10-9m )

En general estos materiales presentan valores de λ bajos

Excepciones: grafito, nitruro de boro, carburo de silicio (estructuras cristalinas muy perfectas)

De cualquier forma los menores valores de λ corresponden a los materiales porosos




Flujo de calor transitorio (por ejemplo aplicar o retirar directamente una fuente de calor sobre la región de un material)

q = f (difusividad térmica del material (a) )

a = λ /ρ cp (m2/s)




λ


3.2 Coeficiente de expansión térmica3.2 Coeficiente de expansión térmica


Coeficiente de expansión térmica (α) refleja el aumento de longitud que experimenta un material cuando se calienta

α = ε / ΔT = Δl/l0 / ΔT

Figura 3.3 Determinación del coeficiente de expansión lineal

Mat. Isótropos coeficiente de expansión térmica volumétrico=3α

Mat. anisótropos coeficiente de expansión térmica depende de la

dirección en que se mida

α normalmente es inversamente proporcional a la temperatura de

fusión




Tabla 3.2 Coeficientes de expansión térmica de los materiales




Tener especialmente en cuenta

los coeficientes de expansión

térmica cando ser realicen

uniones con materiales

disimilares


3.3 Resistencia al choque térmico3.3 Resistencia al choque térmico


σ = E α ΔT/ C

ε = α ΔT

Ccte

1 si es unidireccional

(1-μ) si es bidireccional

(1-2μ) si es tridireccional

(la restricción del movimiento)

μ coeficiente de Poisson

La resistencia al choque térmico mide el máximo cambio súbito de

temperatura a que un material es capaz de soportar sin romperse

ΔT* = σu C/ α E; (σu = σTS)

ΔT = σu C/ α E = f(1/a)=f(cp/λ)

RCHT = λ σu/ E α cp


3.4 Otras propiedades térmicas3.4 Otras propiedades térmicas


•Temperatura de fusión

•Temperatura de ablandamiento

•Temperatura de

transición


3.4 Otras propiedades3.4 Otras propiedades

térmicastérmicas



3.4 Otras propiedades térmicas3.4 Otras propiedades térmicas


Fluencia propiedad mecánica

T > 0,4Tm (K)

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