PROPIEDADES T RMICAS DE LOS MATERIALES

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 T° a la cual el material se usa o de la T° a la cual se somete el material durante su procedimiento.
CAPACIDAD CALÓRICA:
Un material sólido cuando se calienta, experimenta un incremento en la T°, lo quesignifica 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 T° (1°C ó 1°K).
En términos matemáticos la capacidad calórica C se expresa como:
C = dQ donde 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 ²c², 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 a las condiciones ambientales que acompañan la transferenciade 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 T° ambiental y por debajo.
Capacidad Calórica Vibracional:
En la mayoría de los sólidos el principal modo de asimilación de energíatérmica 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 forma que se producen ondas que viajan en la red.
Estas ondas pueden compararsecon ondas elásticas ó con ondas sonoras, con pequeñas longitudes de onda y alta frecuencia, la cual se propaga a través de un cristal a la velocidad del sonido. La energía térmica vibracional para un material consiste en una serie de esas ondas elásticas las cuales tienen un rango de distribuciones y frecuencias. Solo ciertos valores de energía son permitidos (cuantizada) y un quantum simple deenergía vibracional es llamado un FONON.
Dependencia de la Temperatura con la capacidad calórica:
La variación con la temperatura de la contribución vibracional de la capacidad calórica a volumen constante para muchos sólidos cristalinos simples se muestra en la figura 1


Figura 1.

La dependencia de la temperatura con la capacidad calórica a volumenconstante; qD es la temperatura de Debye El Cv es cero a 0°K pero crece rápidamente con la temperatura. Esto corresponde a una habilidad incrementada de las ondas de la red para incrementar su energía promedio con el ascenso de la Temperatura. A bajas Temperaturas la relación entre Cv y la temperatura absoluta T es: Cv = AT³ donde A es una constante que no depende de la temperatura. Por encima de lallamada temperatura de Debye èD, Cv se nivela y se vuelve esencialmente independiente de la temperatura hasta aproximadamente un valor de 3R, siendo R la constante de gases, por lo tanto aun cuando la energía total de un material se incrementa con la temperatura, la cantidad de energía necesaria para producir un cambio de un grado de temperatura es constante.

El valor de èD para muchos sólidos esmenor que la temperatura ambiente para Cv La mayoría de los sólidos se expanden cuando se calientan y se cuando se enfrían. El cambio en longitud con la temperatura para un material sólido se expresa como:




Donde lf es la longitud final, l0 es la longitud inicial, T0 es la temperatura inicial y Tf la temperatura final y al es el Coeficiente de expansión térmica lineal. Esta es una propiedad...