Ciencia De Los Materiales

Propiedades Térmicas de los Materiales

La temperatura es un factor externo de enorme importancia, ya que afecta prácticamente a todas las características de los materiales. Las propiedades mecánicas, eléctricas o magnéticas sufren importantes cambios cuando la temperatura varía.
Deben tenerse en cuenta los efectos térmicos a la hora de dimensionar o seleccionar el material idóneo ya quealgunas aplicaciones industriales requieren la utilización de materiales con propiedades térmicas específicas.
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:

* Capacidad calorífica

* Conductividad térmica

* Coeficiente dedilatación

En la primera parte del trabajo se estudiarán en profundidad estos tres términos, ya que así podemos caracterizarnos con el contenido del trabajo y entenderlo mejor.

Vamos a empezar definiendo la primera propiedad, es decir, la capacidad calorífica

Capacidad calorífica
Lo primero que haremos será definir esta propiedad.
Definición e introducción
La capacidad calorífica de un cuerpoes el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta.
En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura (SI: 1 K) de una determinada sustancia, (usando el SI).
Esto implica que gracias a la capacidad calorífica, podemos saber si un cuerpo presenta mayoro menor dificultad para experimentar cambios de temperatura bajo un suministro de calor.

Es una magnitud extensiva ya que depende, no solo de la sustancia sino también de la cantidad de cuerpo o materia del cuerpo o sistema. Por ello la capacidad calorífica es una magnitud propia de cada sistema o cuerpo particular.
Un ejemplo sería que el agua de una piscina olímpica siempre tendría mayorcapacidad calorífica que un vaso de agua.
En general, la capacidad calorífica depende también de la temperatura y presión.
Es importante no confundir la capacidad calorífica con el calor específico, el cual es la propiedad intensiva que se refiere a la capacidad de un cuerpo para almacenar calor y es el cociente entre la capacidad calorífica y la masa del objeto

Fórmulas
La fórmula de lacapacidad calorífica viene dada por la siguiente expresión:
C=Q/ΔT [JK^-1]
* C: es la capacidad calorífica, que en general será función de las variables de estado.
* Q: es el calor absorbido por el sistema.
* ΔT:  la variación de temperatura

Mientras que la del calor específico es:
C=Q/mΔT = c*m [Jkg^-1K^-1]
* C: es la capacidad calorífica del cuerpo osistema
* C: es el calor específico o capacidad calorífica específica
* M: la masa de sustancia considerada

Al multiplicar por la masa molecular de la sustancia se obtendría la capacidad calorífica molar, menos usada en ingeniería.
El calor no es una función de estado del sistema, sino que depende del camino, por tanto hay dos modos de medir el calor específico. Uno manteniendo elvolumen constante, cv, y el otro, manteniendo la presión constante, cp. El valor de cp es siempre mayor que el de cv, pero su diferencia es pequeña para la mayoría de los sólidos a temperatura ambiente o inferiores. En ingeniería se trabaja a presión constante.
Formalmente se definen en función de la energía interna y la entalpía, que son funciones de estado, como:

Cv = (∂U/∂T)v = 1/T(∂S /∂T)vCp=(∂H/∂T)p= 1/T (∂S/∂T)p

Además son absolutamente necesarios para obtener la ecuación energética de estado del sistema termodinámico.

Capacidades caloríficas para sólidos y gases

* Gas monoatómico
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