Física - Magnitudes físicas

El coeficiente de temperatura, habitualmente simbolizado como α, es una propiedad intensiva de los materialesque cuantifica la relación entre la variación de la propiedad física de un material y el cambio de temperatura. Por tanto, es el cambio relativo de una propiedad física cuando la temperatura se cambia un 1 K. Este coeficiente se expresa según el Sistema Internacional de Unidades en 1/K. Su expresión matemática toma la forma:

${\displaystyle \alpha (T)={\frac {1}{R(T_{0})}}\cdot {\frac {\partial R(T)}{\partial T}}}$

donde:

• α es el coeficiente de temperatura, que puede variar con la temperatura;
• R (T) es la magnitud de la propiedad física del material a la temperatura T
• R (T₀) es la magnitud de la propiedad física del material a la temperatura de referencia T₀

Si el coeficiente de temperatura es prácticamente constante en el intervalo de temperaturas entre T₁ y T, es decir, la magnitud física depende linealmente de la temperatura, entonces puede realizarse la siguiente aproximación:

${\displaystyle \alpha ={\frac {1}{R(T_{0})}}\cdot {\frac {\Delta R}{\Delta T}}={\frac {1}{R(T_{0})}}\cdot {\frac {R(T)-R(T_{0})}{T-T_{0}}}}$

Coeficiente de temperatura de la resistencia eléctrica[editar]

Coeficientes de temperatura

Material	Coeficiente a 20 ºC (1/K)
Plata	3,8 x 10-3
Cobre	3,9 x 10-3
Aluminio	3,9 x 10-3
Tungsteno	4,5 x 10-3
Acero	5,0 x 10-3
Mercurio	9,0 x 10-4
Carbón	-5,0 x 10-4
Germanio	-4,8 x 10-2

En este caso, el coeficiente determina el aumento o disminución de la resistencia eléctrica de acuerdo con la variación de temperatura y la naturaleza de cada material. Este coeficiente se denomina con la letra α y se encuentra en la fórmula de la resistencia dependiendo del cambio de temperatura.

${\displaystyle R=R_{0}\cdot (1+\alpha \cdot \Delta T)}$

Donde:

• ${\displaystyle R}$ : resistencia total
• ${\displaystyle R_{0}}$ : resistencia de referencia (a una temperatura fijada)
• ${\displaystyle \alpha }$ : el coeficiente en cuestión
• ${\displaystyle \Delta T}$ : diferencia de T con respecto a una temperatura fijada.

Coeficiente de temperatura

  

Anteriormente habíamos visto que dependiendo de la impurezas que tengamos se puede conseguir un zener con distinto V_Z (diferentes tipos de zener).

Además esto es para una misma temperatura, pero si se varía la temperatura se comporta de otra manera, veámoslo con un ejemplo:
EJEMPLO:

En este caso el zener tiene un "Coeficiente de Temperatura Negativo" (porque al aumenta la temperatura disminuye V_Z). Esto les ocurrirá a todos los zener hasta V_Z = 5 V. Veamos que ocurre cuando tenemos un valor mayor de V_Z.
EJEMPLO: V_Z = 15 V

Ocurre todo lo contrario que antes, la V_Z aumenta con la temperatura, este zener tiene un "Coeficiente de temperatura positivo". Y esto ocurre para todos los zener de 6 V en adelante.
La razón por lo que pasa eso es porque para menos de 5 V se da el "Efecto Zener". Pero a partir de 6 V se da el "Efecto Avalancha".

¿Que hacer si queremos alimentar una carga a 11 V?

Si queremos que no varié mucho es mejor que pongamos 2 de 5,5 V porque no varían tanto con la temperatura. Para que la tensión sea más estable y no varíe tanto con la temperatura.

Otro tipo de encapsulado que tiene  2 diodos dentro es este:

En este caso tenemos un diodo normal y un zener. En este caso además de compensarse es bastante estable.
EJEMPLO:

Es un convertidor CC/CC (continua en continua). Convierte 18 V en 10 V. ¿Cómo funciona? Hay que ver si el zener trabaja en ruptura.

Pero todavía hay que ver la corriente, veamos tres casos:

Recordar para estar en ruptura se tenía que cumplir:

La conductancia térmica C, es una medida de transferencia de calor a través de los materiales, formados por una o varias capas, y en condiciones de laboratorio. En este caso se mide la cantidad de calor transferido a través del material en un tiempo y superficie unitarios, para un espesor especificado (no necesariamente unitario).

Cálculo de la Conductancia[editar]

Se calcula como la conductividad térmica del material, ${\displaystyle \lambda }$ dividida por el espesor de la capa, e, o bien, como la inversa de la resistencia térmica unitaria C=1/R en unidades W·m^-2·K^-1

${\displaystyle C={\frac {\lambda }{e}}={\frac {1}{R}}}$

O, en el caso de que se quiera estudiar un elemento de varias capas, hay que tener en cuenta que las conductancias no se pueden sumar, pero las resistencias térmicas si, de modo que:

${\displaystyle C={\frac {1}{R_{t}}}={\frac {1}{R_{1}+R_{2}+...+R_{n}}}}$

siendo:

R_T: resistencia térmica total (m²·K·W^-1)

R_j: resistencia térmica de cada una de las capas que forman el elemento (m²·K·W^-1)

El valor de C es característico de cada composición constructiva.

Si se tienen en cuenta las situaciones reales, con aire por ambas caras, hay que tener en cuenta las resistencias superficiales y en en ese caso se llama transmitancia térmica, U.

Conductividad Térmica

La conductividad térmica es el tiempo que emplea el flujo de calor en estado estable al atravesar una unidad de área de un material homogéneo inducido por una unidad de gradiente de temperatura en una dirección perpendicular a esa unidad de área, W/m⋅K.

(1)

En donde,
L – Grosor del espécimen (m)
T – Temperatura (K)
q – Velocidad del flujo de calor (W/m2)

Valor R – Resistencia térmica

La Resistencia térmica es la diferencia de temperatura, en estado estable, entre dos superficies definidas de un material o construcción que induce una unidad de velocidad de flujo de calor al atravesar una unidad de área, K⋅m2/W. De acuerdo a esta definición y a la Ecuación 1, se puede obtener, por lo tanto, la Ecuación 2.

Según lo indicado en la Ecuación 2, el valor de la resistencia térmica puede determinarse dividiendo el grosor entre la conductividad térmica del espécimen.

(2)

Valor C – Conductancia térmica

La Conductancia térmica es el tiempo que emplea el flujo de calor en estado estable al atravesar una unidad de área de un material o construcción inducido por una unidad de diferencia de temperatura entre las superficies del cuerpo, en W/m2⋅K. El valor C, por lo tanto, es el recíproco del valor R y puede ser expresado como Ecuación (3).

(3)

Consecuentemente, el valor de la conductancia térmica puede calcularse dividiendo la conductividad térmica entre el grosor del espécimen.