Constantan é uma liga de cobre-níquel que consiste geralmente em 55% de cobre e 45% de níquel e pequenas quantidades específicas de elementos adicionais para obter valores precisos (quase constantes) para o coeficiente de temperatura de resistividade. Ou seja, sua principal característica é a baixa variação térmica de sua resistividade, que é constante em uma ampla faixa de temperaturas. Outras ligas com coeficientes de temperatura igualmente baixos são conhecidas, como a manganina.
Esta liga tem alta resistividade elétrica (4,9 x 10−7 Ω·m), alta o suficiente para atingir valores de resistência adequados mesmo em grades muito pequenas, o menor coeficiente de resistência à temperatura e o EMF térmico mais alto (também conhecido como efeito Seebeck). contra a platina de qualquer uma das ligas de cobre-níquel. Por causa das duas primeiras dessas propriedades, ele é usado para resistores elétricos e, por causa da última propriedade, para termopares. Termopares são dispositivos elétricos que consistem em dois condutores elétricos diferentes formando uma junção elétrica. Um termopar produz uma voltagem dependente da temperatura como resultado do efeito termoelétrico, e essa voltagem pode ser interpretada para medir a temperatura.
Por exemplo, constantan é o elemento negativo do termopar tipo J com o ferro sendo o positivo. Os termopares tipo J são usados em aplicações de tratamento térmico. Além disso, Constantan é o elemento negativo do termopar tipo T com cobre o positivo. Esses termopares são usados em temperaturas criogênicas.
Coeficiente de Temperatura de Resistência de Constantan
O coeficiente de resistência de temperatura (TCR), que descreve o quanto seu valor muda conforme sua temperatura muda, de constantan – 45Ni-55Cu é de ± 30 ppm/°C. Geralmente é expresso em unidades ppm/°C (partes por milhão por grau centígrado).
Coeficiente de Expansão Térmica de Constantan
O coeficiente linear de expansão térmica de constantan de 25 a 105°C é 14,9 x 10-6 K-1.
A expansão térmica é geralmente a tendência da matéria de mudar suas dimensões em resposta a uma mudança de temperatura. Geralmente é expresso como uma mudança fracionária no comprimento ou volume por unidade de mudança de temperatura. A expansão térmica é comum para sólidos, líquidos e gases. Ao contrário dos gases ou líquidos, os materiais sólidos tendem a manter sua forma quando sofrem expansão térmica. Um coeficiente de expansão linear é geralmente empregado para descrever a expansão de um sólido, enquanto um coeficiente de expansão de volume é mais útil para um líquido ou gás.
O coeficiente de expansão térmica linear é definido como:
onde L é uma medida de comprimento particular e dL/dT é a taxa de mudança dessa dimensão linear por unidade de mudança de temperatura.
Resistividade Elétrica de Constantan
A resistividade elétrica de constantan – 45Ni-55Cu é 4,9 x 10−7 Ω·m, alta o suficiente para atingir valores de resistência adequados mesmo em grades muito pequenas.
A resistividade elétrica e seu inverso, a condutividade elétrica, é uma propriedade fundamental de um material que quantifica o quão fortemente ele resiste ou conduz o fluxo de corrente elétrica. Uma baixa resistividade indica um material que permite prontamente o fluxo de corrente elétrica. O símbolo da resistividade é geralmente a letra grega ρ (rho). A unidade SI de resistividade elétrica é o ohm-metro (Ω⋅m). Observe que resistividade elétrica não é o mesmo que resistência elétrica. A resistência elétrica é expressa em Ohms. Enquanto a resistividade é uma propriedade do material, a resistência é uma propriedade de um objeto.
Condutividade Térmica de Constantan – 45Ni-55Cu
A condutividade térmica de constantan – 45Ni-55Cu é 21 W/(mK).
As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.
A condutividade térmica da maioria dos líquidos e sólidos varia com a temperatura. Para vapores, também depende da pressão. Em geral:
A maioria dos materiais são quase homogêneos, portanto podemos geralmente escrever k = k (T). Definições semelhantes estão associadas às condutividades térmicas nas direções y e z (ky, kz), mas para um material isotrópico a condutividade térmica é independente da direção de transferência, kx = ky = kz = k.
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