2- Justifique por que o aço- C apresenta maior condutividade térmica que o aço inox?

Passo 1

O enunciado pede para explicar por que o aço-C (carbono) tem condutividade térmica maior que o aço inox. O conteúdo envolvido é condução de calor em metais, onde o transporte é dominado por elétrons livres. Para justificar isso, vamos usar o modelo de condução eletrônica e o efeito de impurezas na mobilidade desses elétrons.

Passo 2

Em metais puros, a condutividade térmica \kappa é em grande parte controlada pelos elétrons livres. Pelo princípio de Wiedemann–Franz, existe uma relação aproximada
\kappa = L\,T\,\sigma
onde L é a constante de Lorentz, T a temperatura absoluta e \sigma a condutividade elétrica do metal. Quanto maior for \sigma, maior será \kappa.

Passo 3

O aço-C é basicamente ferro com uma pequena porcentagem de carbono em solução, o que gera poucas distorções na rede cristalina. Já o aço inox contém alta fração de elementos de liga (cromo, níquel, etc.), distribuídos em solução sólida ou formando fases diferentes. Esses átomos de liga geram defeitos e tensões locais que espalham (scattering) os elétrons livres.

Passo 4

O espalhamento adicional causado pelas impurezas e fases do aço inox diminui a mobilidade eletrônica, reduzindo \sigma. Pela lei de Wiedemann–Franz, uma \sigma menor implica numa \kappa também menor. Como o aço-C tem menos elementos de liga e, portanto, menor espalhamento de elétrons, ele apresenta maior \sigma e, consequentemente, maior \kappa.

Resposta

O aço-C apresenta maior condutividade térmica que o aço inox porque tem menos elementos de liga e defeitos cristalinos, o que mantém alta mobilidade dos elétrons livres (maior \sigma) e, via relação de Wiedemann–Franz, resulta em maior condutividade térmica \kappa.

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