Propiedades térmicas de los materiales

INTRODUCCIÓN

La decisión de usar unos materiales u otros en la industria y en la vida diaria puede tener un gran impacto en el desempeño térmico y energético de los productos, herramientas o dispositivos empleados. No todos los materiales son iguales, y no todos los materiales tienen el mismo comportamiento ante diferentes condiciones ambientales. Por otro lado algunos materiales tienencualidades que, si se aprovechan, pueden ayudar a resolver las exigencias climáticas a las que se ven sometidos.
Podemos afirmar que conocer con cierto detalle las características térmicas de los materiales empleados en el diseño mecánico resulta indispensable para tomar decisiones adecuadas. En el siguiente trabajo de investigación estudiaremos algunas de esas características, incluyendo laspropiedades térmicas básicas (densidad, conductividad, resistencia, valor R, calor específico, calor específico volumétrico, capacidad térmica...), las propiedades superficiales (absortividad, emisividad, reflectividad...), así como los conceptos de aislamiento y masa térmica.
Características térmicas básicas: Son las principales características térmicas de los materiales, haciendo énfasis en aquellos quese emplean de manera regular en la construcción y en la mano factura. Al final podrás encontrar una tabla con algunos valores relacionados.
Características superficiales: Las propiedades superficiales de los materiales pueden afectar de manera significativa su desempeño térmico, por lo que es necesario tomarlas en cuenta en el momento de su elección.
Materiales aislantes: Cuando se habla deaislamiento térmico generalmente se piensa en el uso de materiales con una elevada resistencia térmica (o dicho en otros términos, un bajo nivel de conductancia).
Materiales de elevada masa térmica: Los materiales que tienen una elevada capacidad térmica, es decir, un espesor considerable y un gran calor específico volumétrico, así como una conductividad moderada, digamos entre 0.5 y 2.0 W/m°C.PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS MATERIALES

Se sabe que los materiales cambian sus propiedades con la temperatura. En la mayoría de los casos las propiedades mecánicas y físicas dependen de la temperatura a la cual el material se usa o de la temperatura a la cual se somete el material durante su procedimiento.

CAPACIDAD CALÓRICA:

Un material sólido cuando se calienta, experimenta un incrementoen la temperatura, lo que significa que algo de energía ha sido absorbida. La capacidad calórica es una propiedad que es indicativa de la habilidad de un material para absorber calor de los alrededores. Esta representa la cantidad de energía requerida para producir un aumento de la unidad de temperatura (1 °C ó 1°K).
En términos matemáticos la capacidad calórica C se expresa como:

C = dQDonde dQ es la energía requerida para producir un dT (diferencial) o cambio de temperatura.

Normalmente la capacidad calórica se expresa por mol de material (J/mol°K) ó (cal/mol°K). También se usa el termino calor especifico “c”, que representa la capacidad calórica por unidad de masa (J/Kg°K) ó (cal/Kg°K).

Hay realmente dos formas en las cuales se puede medir esta propiedad, de acuerdo alas condiciones ambientales que acompañan la transferencia de calor. Una es la capacidad calórica mientras se mantiene el volumen constante, Cv, y el otro es manteniendo la presión exterior constante, denotada por Cp. La magnitud de Cp es mayor que la de Cv, pero esta diferencia es muy pequeña para la mayoría de sólidos a temperatura ambiental y por debajo.

Capacidad Calórica Vibracional:En la mayoría de los sólidos el principal modo de asimilación de energía térmica es por el incremento de energía vibracional de los átomos. Los átomos en los materiales sólidos están vibrando continuamente a muy alta frecuencia y con relativamente pequeñas amplitudes. Las vibraciones de átomos adyacentes son acopladas en virtud de los enlaces atómicos. Esas vibraciones son coordinadas de tal...