Calculadora de difusividade térmica

A difusividade térmica mede a rapidez com que uma perturbação de temperatura se propaga por um material. Ela combina a capacidade de conduzir calor com a de armazenar energia térmica. Sua equação é α = k/(ρcₚ), em que α é a difusividade térmica, k é a condutividade térmica, ρ é a densidade de massa e cₚ é a capacidade térmica específica a pressão constante. No SI, o resultado é expresso em metros quadrados por segundo. Um material com alta difusividade redistribui calor rapidamente em relação à quantidade de energia que armazena. Metais costumam ter valores altos porque sua condutividade é elevada. Materiais com baixa difusividade respondem mais lentamente, seja por conduzirem pouco calor, seja por apresentarem alta capacidade térmica volumétrica ρcₚ. Portanto, difusividade e condutividade não são a mesma coisa. Dois materiais podem ter condutividade semelhante e responder em ritmos diferentes se a densidade ou o calor específico forem distintos. Essa propriedade aparece na equação transiente do calor e determina os tempos característicos de aquecimento e resfriamento. Uma relação de escala útil indica que o tempo é proporcional ao quadrado do comprimento dividido pela difusividade. Isso ajuda a explicar por que um objeto espesso leva muito mais tempo que um fino para se aproximar de uma nova temperatura. Engenheiros usam a difusividade em análises de tratamento térmico, estudos de envoltórias de edifícios, processamento de alimentos, modelos geológicos, eletrônica e ensaios térmicos. Métodos flash e experimentos de fonte plana transiente frequentemente medem a difusividade diretamente; depois, a condutividade pode ser inferida quando a densidade e a capacidade térmica são conhecidas. Use propriedades avaliadas em temperaturas compatíveis e no mesmo estado do material. A condutividade e a capacidade térmica podem variar com a temperatura; a densidade pode variar com a porosidade, a umidade, a composição e o método de fabricação. Materiais anisotrópicos, como madeira, compósitos e cristais, podem apresentar condutividade e, portanto, difusividade dependentes da direção. A equação escalar representa uma direção escolhida ou uma amostra efetivamente isotrópica. Esta calculadora determina apenas a razão entre as propriedades. Ela não prevê o histórico completo de temperatura, a transferência de calor nas fronteiras, a radiação, a mudança de fase nem a geração interna de calor. A notação científica é usada porque as difusividades comuns são pequenas, muitas vezes da ordem de 10⁻⁷ a 10⁻⁴ m²/s. Confira se a condutividade está em W/(m·K), a densidade em kg/m³ e a capacidade térmica específica em J/(kg·K). Misturar quilojoules com joules ou gramas com quilogramas altera o resultado por fatores de mil.