Este documento describe las propiedades térmicas de los materiales, incluida la capacidad térmica, la expansión térmica, la conductividad térmica y el choque térmico. Explica que la temperatura afecta las propiedades físicas y químicas de los materiales y que las propiedades térmicas son importantes para entender las fallas mecánicas y el diseño. También describe cómo los fonones transmiten energía térmica y cómo la vibración atómica causa la expansión de los materiales cuando la temperatura aument

1. PROPIEDADES TÉRMICAS
DE LOS MATERIALES
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2. La temperatura en la que se
trabajan los materiales influye en
las propiedades físicas y químicas
de los materiales.
Es muy importante saber las
propiedades térmicas para verificar
las fallas mecánicas y saber
diseñar de acuerdo a esas fallas
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3. FONÓN
Fonón: es una onda elástica
producida por la vibración de
átomos a los cuales se les aplico
calor.
Un material adquiere o cede calor al
adquirir o ceder fonones, por lo
tanto, la energía que se requiere para
cambiar un grado de temperatura se
puede expresar en capacidad térmica
o calor especifico.
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4. CAPACIDAD
TÉRMICA Y
CALOR
ESPECIFICO
• La capacidad térmica es la energía requerida para
elevar 1 grado la temperatura de un mol de materia.
𝑐𝑝 = 3𝑅 ≅ 6
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙∙𝐾
(𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠)
• El calor especifico es la energía requerida para elevar
un grado la temperatura de un gramo de materia
𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑜 = 𝑐 =
𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑖𝑐𝑜
* Las vibraciones, si un material es ferromagnético y la
estructura cristalina son factores que afectan al calor
especifico.
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5. EXPANSIÓN TÉRMICA
• Cuando en un material se le aumenta la temperatura, los átomos empiezan a vibrar,
causando que la distancia entre unos y otros aumente y por lo tanto también la
dimensión del material
Este cambio de dimensión del material es dado por el coeficiente lineal expansión
térmica
𝛼 =
𝑙𝑓 − 𝑙0
𝑙0 𝑇𝑓 − 𝑡0
=
∆𝑙
𝑙0∆𝑇
𝑙0 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝑙𝑓 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑇0 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝑇𝑓 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
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• El coeficiente de expansión térmica será bajo si el
material tiene un punto de fusión alto y su enlace
atómico es fuerte.
• El que un material tenga propiedades magnéticas, puede
impedir una expansión normal, hasta que llega a la
temperatura de Curie (donde cambia de ferromagnético
a paramagnético), por debajo de esta el material no sufre
cambios significativos.
• El coeficiente cambia abruptamente con los materiales
alotrópicos

7. • Un material isotrópico al calentarse se
expande uniformemente, pero al limitar
su movimiento, provoca esfuerzos
térmicos.
• Este tipo de esfuerzos también se puede
ver en materiales no isotrópicos, por la
forma de enfriado como el temple, causa
una diferencia de temperaturas entre el
centro y la superficie creando esfuerzos
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ESFUERZOS
TÉRMICOS

8. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
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• Es la medida de la rapidez con la que se transfiere
el calor a través de un material
• Este se transfiere por la transferencia de electrones
libres y vibraciones en la red (fonones), estos se
mueven a las áreas más frías y transfieren su
energía a otros átomos.

9. • Al enfiar una pieza con rapidez,
producirá una gradiente de temperatura,
propiciando diferentes valores de
contracción (esfuerzos), si los esfuerzos a
la tensión residual son lo suficientemente
elevados, los defectos pueden
propagarse y causar fallas.
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CHOQUE TÉRMICO

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El choque térmico esta influido por varios factores:
1. Un coeficiente de expansión térmica bajo minimiza
cambios dimensionales, reduciendo el choque térmico.
2. Conductividad térmica: si es elevada ayuda a la
transferencia de calor y a una rápida reducción de las
diferencias de temperatura dentro del material.
3. Módulo de elasticidad: un bajo modulo acepta grandes
deformaciones antes de que el esfuerzo llegue al nivel
crítico (fractura)

11. BIBLIOGRAFÍA
• Askeland, D. (2002). Ciencia e ingeniería de los materiales (Tercera edición).
International Thomson Editores.
• https://www.academia.edu/34278898/Propiedades_T%C3%A9rmicas
• https://www.academia.edu/9097332/Propiedades_T%C3%A9rmicas
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