A transferência de calor por condução em um sólido é regida pela Lei de Fourier, onde a condutividade térmica (k ou λ em W/m·K) quantifica a taxa de fluxo de calor por unidade de área sob um gradiente térmico de 1 Kelvin por metro. Historicamente, os métodos clássicos de regime estacionário (como a placa quente protegida - Guarded Hot Plate) exigiam horas para estabilização térmica e amostras de grandes dimensões. A moderna tecnologia de Fonte Planar Transitória Modificada (MTPS / Hot Disk) revolucionou a metrologia térmica industrial.
Princípio do Sensor MTPS (Modified Transient Plane Source)
O sensor MTPS consiste em uma espiral condutora bifilar de níquel encapsulada entre duas películas isolantes de poliimida (Kapton) de espessura micrométrica. Esse elemento atua simultaneamente como fonte de calor e como termômetro de resistência elétrica:
- Um pulso elétrico contínuo de baixa potência é aplicado ao sensor por um intervalo curto (entre 1 e 10 segundos).
- O calor dissipa-se radial e axialmente para o interior do corpo de prova em contato íntimo com a face do sensor.
- A evolução da resistência elétrica do sensor em função do tempo é monitorada com resolução de micro-ohms, refletindo o aumento de temperatura ΔT(t).
Materiais de alta condutividade dissipam o calor rapidamente, gerando uma elevação de temperatura sutil no sensor. Materiais altamente isolantes retêm o calor junto à interface, provocando elevação rápida de temperatura. A curva transiente é ajustada à solução analítica tridimensional da equação de difusão de calor.
Determinação Simultânea de Três Grandezas Termofísicas
Uma das maiores vantagens normativas da norma ISO 22007-2 é a capacidade de extrair diretamente da mesma curva transiente três propriedades independentes:
- Condutividade Térmica (k): Capacidade intrínseca de conduzir energia térmica (W/m·K).
- Difusividade Térmica (α): Velocidade com que uma frente de calor se propaga através do material (mm²/s), dada por α = k / (ρ · c_p).
- Capacidade Térmica Volumétrica (ρ · c_p): Quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um metro cúbico do material em 1 K (MJ/m³·K).
Controle de Pressão de Contato e Calibração
Para eliminar a resistência térmica de contato entre o sensor e a amostra, utiliza-se um dispositivo de aplicação de carga mecânica controlada e, em materiais de maior rigidez superficial, uma película fina de meio de acoplamento não-reativo. O equipamento é calibrado periodicamente com padrões internacionais rastreáveis pelo NIST (como Pyroceram 9606, Aço Inoxidável 304 e PMMA).