Introdução
Devido às suas excelentes propriedades magnéticas e termofísicas, o ferro puro é usado com frequência em componentes eletromagnéticos em que a transferência eficiente de calor é essencial. Os exemplos incluem núcleos de transformadores, motores elétricos, bobinas de indução e componentes em eletrônica de potência, onde ocorrem tensões magnéticas e térmicas. Portanto, a compreensão precisa das propriedades térmicas em uma ampla faixa de temperatura é essencial para projetar componentes de forma confiável e simular com precisão seu comportamento operacional em condições reais.
O conhecimento da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica é fundamental, pois determina de forma significativa a eficiência com que o calor é transportado em um material. Em aplicações que envolvem ferro puro, especialmente em componentes eletromagnéticos, ela influencia diretamente a distribuição de temperatura, a dissipação de calor e, portanto, a segurança operacional e a vida útil dos componentes. A dissipação insuficiente de calor pode levar ao superaquecimento local, à redução da eficiência ou até mesmo à falha. Portanto, a compreensão precisa da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica é essencial para o projeto térmico, a otimização e a simulação de sistemas industriais.
Método e condições de medição
A análise de flash a laser (LFA, consulte a figura 1) é usada principalmente para determinar a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica (α) de um material. Quando combinada com a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade (ρ) e a capacidade de calor específica (Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp), a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica (λ) pode ser calculada (λ = α - Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp - ρ).
Durante a medição, a parte inferior da amostra é aquecida por um pulso curto de laser. O aumento de temperatura resultante no lado oposto é detectado usando um detector de infravermelho. A Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica do material pode então ser determinada com base nesse perfil de temperatura ao longo do tempo e nos modelos matemáticos correspondentes.
Usando um suporte de amostra de safira especial para metais fundidos (veja a figura 2), a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica de uma amostra de ferro puro foi medida continuamente com o LFA 707 StratoFlash® Classic à medida que passava do estado sólido para o líquido.
A capacidade térmica específica (Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp) foi determinada na faixa de temperatura entre a temperatura ambiente e 1.600°C usando o DSC 500 Pegasus®, equipado com um forno de ródio. As condições de medição estão detalhadas na tabela 1.
Tabela 1: Condições de medição do LFA
| Faixa de temperatura | RT - 1600°C |
| Suporte de amostras | Safira para metais fundidos |
| Tamanho da amostra | Ø 1,39 mm; espessura ~ 1,4 mm; superfícies planas paralelas |
| Revestimento | Grafite |
| Capacidade de calor específico | Por meio do DSC 500 Pegasus® |
| Atmosfera | Ar |
| Taxa de aquecimento | Variável: 10 a 20 K/min |
| Energia | 650 V; 600 μs |
Resultados e discussão
A Figura 3 mostra o comportamento típico do ferro puro, incluindo a transição de Curie (≈770°C). Tanto a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica (curva vermelha) quanto a capacidade térmica específica (curva preta) apresentam mudanças distintas nesse ponto, com um mínimo e um máximo locais, respectivamente. Assim, a transição de Curie pode ser claramente observada na Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica e na capacidade de calor específica, enquanto a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica (curva azul) não apresenta nenhum efeito nessa região. Na faixa de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão acima de 1525°C, a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica e a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica diminuem significativamente à medida que a estrutura da rede se rompe e o transporte de calor via fônons não ocorre mais.
Resumo
Do sólido ao líquido: Usando o LFA 707 StratoFlash® Classic , equipado com um suporte de amostra de safira especial, os metais podem ser caracterizados continuamente até a Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão. Os dados resultantes fornecem informações valiosas sobre o comportamento da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica dependente da temperatura, formando uma base confiável para simulação, seleção de materiais e otimização de componentes, mesmo sob condições operacionais extremas.