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Por que a pressão de contato é tão importante? Explore os principais fatores no processo de transferência de calor!
Na física, a condutividade de contato térmico é o estudo da transferência de calor entre sólidos ou líquidos em contato térmico. Quando dois objetos sólidos como A e B estão em contato, o calor flui do objeto mais quente para o objeto mais frio. Entretanto, esse processo não é tão simples quanto se imagina, pois existe uma impedância térmica de contato entre as superfícies de contato.
A resistência térmica de contato é definida como a razão entre essa queda de temperatura e o fluxo médio de calor através da interface.
Esse fenômeno significa que a condutividade térmica entre os dois não é uniforme e, mesmo quando os dois sólidos estão em contato perfeito, há resistência térmica entre as superfícies de contato. Muitos estudos mostraram que a condutividade térmica de contato não é apenas um fator importante na indústria de materiais sólidos e na tecnologia de construção, mas também desempenha um papel vital em diversas aplicações, como resfriamento de reatores nucleares, embalagens eletrônicas, trocadores de calor, etc.
Fatores que afetam a condutividade térmica de contato
A condutividade térmica de contato é um fenômeno complexo e vários fatores podem influenciar seu efeito. De acordo com a pesquisa, aqui estão alguns dos fatores mais importantes:
Pressão de contato
A pressão de contato é um dos fatores mais importantes que afetam a transferência de calor entre dois objetos em contato. Quando a pressão de contato aumenta, a área de contato real da superfície de contato aumenta, resultando em um aumento na condutividade térmica do contato, ou seja, uma diminuição na impedância térmica do contato. É por isso que a maioria dos estudos mede e modela a condutividade térmica de contato e a pressão de contato como tópicos inter-relacionados.
Materiais de Lacuna
Não existe superfície completamente lisa. Quando duas superfícies entram em contato, uma pequena faixa de pontos de contato é formada com lacunas relativamente grandes entre esses pontos. O gás ou líquido que preenche essas lacunas afeta a quantidade de fluxo de calor. A condutividade térmica do material da lacuna e sua pressão afetarão a condutividade térmica do contato.
Rugosidade e ondulação da superfície
Depois que uma superfície passa por certos procedimentos de processamento, suas propriedades podem ser descritas por rugosidade, ondulação e dimensões fractais. Em particular, o efeito da rugosidade da superfície na condutividade térmica pode ser comparado ao conceito de impedância de contato elétrico.
Quando dois objetos entram em contato, as superfícies podem sofrer deformação plástica ou elástica, o que aumenta a área de contato real e, portanto, reduz a impedância de contato.
Limpeza da superfície
A limpeza da superfície também pode ter impacto na condutividade térmica de contato. Poeira, ácido ou outras impurezas reduzirão a eficiência do contato e afetarão a transferência do fluxo de calor.
Medição da condutividade térmica de contato
O cálculo da condutividade térmica de contato geralmente é difícil porque medir a área de contato A costuma ser desafiador. Portanto, essa propriedade geralmente é obtida por meio de experimentos, e relatórios e dados relevantes estão disponíveis em muitas literaturas de engenharia.
No entanto, há uma falta de um banco de dados centralizado de condutividade térmica de contato térmico, o que significa que muitas empresas podem estar usando dados desatualizados ou irrelevantes. O projeto CoCoE, iniciado em 2006, visa resolver esse problema criando um banco de dados centralizado de dados de condutividade térmica de contato e desenvolvendo um programa de computador correspondente.
Condutividade térmica de limite
Mesmo quando a superfície de contato é ideal, ainda há uma certa condutividade térmica de limite devido às diferentes propriedades eletrônicas e vibracionais entre os materiais. Essa condutividade térmica costuma ser particularmente importante em sistemas de nanomateriais.Em geral, a condutividade térmica de contato não só tem aplicações importantes em experimentos científicos, mas também tem um impacto profundo em nossas vidas diárias e processos industriais. Você já se perguntou como a qualidade dos contatos térmicos afeta o desempenho e a vida útil dos dispositivos que usamos todos os dias?
