1. PROPIEDADES TÉRMICAS
DE LOS MATERIALES.
CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES

2. ÍNDICE DE TEMAS
Capacidad calorífica y calor especifico.
Expansión térmica o dilatación térmica.
Esfuerzo térmico o tensión térmica.
Conductividad térmica.
Choque térmico o colapso térmico.

3. CAPACIDAD CALORÍFICA Y
CALOR ESPECÍFICO
PROPIEDADES TÉRMICAS FUNDAMENTALES

4. CONCEPTOS
• Capacidad calorífica:
• Calor necesario para que una sustancia
aumente en 1K su temperatura.
• Calor específico:
• Calor necesario para que una unidad de masa
de una sustancia aumente en 1K su temperatura.

5. UNIDADES
• Capacidad calorífica:
• En el SI: J/K
• En el sistema técnico: cal/K
• Calor específico:
• En el SI : J/(kg*K)
• En el sistema técnico: cal/(g*K)

6. EQUIPO DE MEDICIÓN
• El equipo utilizado en la medición del calor
especifico es el “calorímetro”:

7. APLICACIONES

8. EXPANSIÓN TÉRMICA O
DILATACIÓN TÉRMICA
PROPIEDADES TÉRMICAS FUNDAMENTALES

9. CONCEPTO
• Un átomo que gana energía térmica y empieza a
vibrar se comporta como si tuviera un radio
atómico mas grande; aumenta la distancia
promedio entre los átomos y por lo tanto se
incrementan las dimensiones totales de la materia

10. FORMULAS Y CÁLCULOS
•

11. EQUIPO DE MEDICIÓN
• El equipo utilizado en la medición de la dilatación
térmica es el “dilatómetro”:

12. ASPECTOS IMPORTANTES.
• El coeficiente de expansión y su relación con sus
enlaces atómicos.
• Enlace iónico
• Enlace covalente
• Coeficiente de expansión en relación a su pozo.
• Pozo de potencial asimétrico
• Pozo de potencial simétrico

13. PRECAUCIONES AL CALCULAR LA
DILATACIÓN EN LOS MATERIALES:
• Características de expansión de los materiales
• Materiales alotrópicos
• Coeficiente lineal de expansión
• Interrelación del material con campos magnéticos
o eléctricos

14. ESFUERZO TÉRMICO O
TENSIÓN TÉRMICA:
PROPIEDADES TÉRMICAS FUNDAMENTALES

15. CONCEPTOS
• Las tensiones térmicas son tensiones inducidas en
un cuerpo como resultado de cambios en la
temperatura.
En otras palabras:
• Esfuerzo de tensión o compresión que se produce
en un material que sufre una dilatación o
contracción térmica.

16. FORMULAS Y CÁLCULOS
•

17. CHOQUE TÉRMICO O
COLAPSO TÉRMICO.
PROPIEDADES TÉRMICAS FUNDAMENTALES

18. CONCEPTOS
• Si los esfuerzos residuales tensiles son lo
suficientemente elevados, los defectos pueden
propagarse y causar la falla.
• Esta falla de material causada por esfuerzos
inducidos por cambios súbitos en la temperatura se
conoce como choque térmico.
• La capacidad de un material de resistir este tipo de
rotura se denomina resistencia al choque térmico.

19. ASPECTOS IMPORTANTES:
El comportamiento de choque térmico se ve
afectado por varios factores:
• Coeficiente de expansión térmica.
• Conductividad térmica.
• Módulo de Elasticidad.
• Esfuerzo a la fractura.
• Transformaciones de fase.

20. FORMULAS Y CÁLCULOS
• Parámetro de choque térmico (R' o R):
σ ƒ⋅ (1− v ) σ ƒ K (1− v)
• R= R’=
E⋅ α E⋅ α
• Donde:
 σƒ es el esfuerzo a la fractura del material.
 v es la relación de Poisson.
 K es la conductividad térmica.
 E es el módulo de elasticidad.
 α es el coeficiente lineal de expansión térmica.

21. NOTA IMPORTANTE
• Por lo general, el choque térmico no es un
problema en la mayoría de los metales, ya que
éstos normalmente tienen suficiente ductilidad
para permitir la deformación y no la fractura, sin
embargo, en materiales como vidrios y cerámicas
refractarias, la resistencia al choque térmico es un
parámetro fundamental para de diseño

22. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
PROPIEDADES TÉRMICAS FUNDAMENTALES

23. CONCEPTOS
• Es la capacidad de los materiales de conducir
calor. Es decir, la capacidad de transmitir energía
cinética entre sus moléculas adyacentes.
• Se denota con el símbolo: [K]
• Se mide en: [W/(m·K)] o [(J/s·m·K)]

24. ASPECTOS IMPORTANTES
• Dirección de la transferencia de calor.
• Equilibrio térmico.

25. METALES VS OTROS MATERIALES

26. ¿CONDUCTOR O AISLANTE?
Material Conductividad Material Conductividad
Cobre 483 W/(m·K) Polietileno 0,034 W/(m·K)
Plata 450 W/(m·K) Corcho 0,039 W/(m·K)
Oro 345 W/(m·K) Algodón 0,040 W/(m·K)
Aluminio 300 W/(m·K) Fibra de 0,040 W/(m·K)
madera
Tungsteno 235 W/(m·K) Arlita 0,080 W/(m·K)

27. MECANISMOS DE TRANSPORTACIÓN
DE ENERGÍA TÉRMICA
• Vibraciones en la red (fotones)
(Kp)
• Movimiento de electrones libres
(Ke)
K = Kp + Ke

28. ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LAS
BANDAS DEL MATERIAL
• Bandas de valencia parcialmente llena
• Banda prohibida corta
• Banda prohibida ancha

29. CAMBIOS EN LA
TEMPERATURA
Influencia sobre
la
conductividad
térmica [K]