Formas de Propagação Térmica
Quando a energia térmica se transfere espontaneamente (calor) de um corpo para outro, ou de um sistema para outro, isso pode ocorrer de três formas diferentes:
1. A Condução Térmica
2. A Convecção Térmica
3. A Radiação Térmica
1. A Condução Térmica
Essa forma de transmissão do calor ocorre através da interação direta entre os átomos ou moléculas do corpo (ou substância). Ou seja, o calor se propaga de átomo para átomo, ou molécula para molécula.
Por exemplo, ao colocarmos uma das extremidades de uma barra de metal no fogo, a energia térmica irá se propagar através do material, de átomo para átomo, até alcançar a mão de quem a segura.
Os materiais conduzem de forma diferente o calor. Essa propriedade é chamada de condutividade térmica.
A tabela abaixo mostra a condutividade térmica de alguns materiais:
A tabela acima representa a quantidade de energia térmica por segundo (W = J/s) que atravessa 1m do material devido a uma diferença de temperatura de 1K (ou 1ᵒ Celsius).
Condutores e Isolantes Térmicos
Os materiais que têm condutividade térmica alta são chamados de condutores térmicos. Os metais, em geral, são bons condutores térmicos, embora, uns sejam melhores que outros.
Os materiais com baixíssima condutividade térmica são chamados de isolantes térmicos. O PVC, a madeira, a cortiça, e o ar seco são exemplos de materiais isolantes térmicos.
Como TODOS os materiais têm condutividade térmica, não existem isolantes térmicos perfeitos.
O ar é um dos melhores isolantes térmicos. É interessante notar que os agasalhos, os cobertores, as penas das aves e pêlos dos animais são eficientes como isolantes térmicos devido ao ar entranhado neles (ou retido por eles).
Embora o gelo não seja um dos melhores isolantes térmicos, ele é abundante no Pólo Norte onde vivem os esquimós, por isso, no passado, usavam o gelo para construir seus abrigos (iglus) e se protegerem do ambiente que chega a alcançar temperaturas baixíssimas, evitando a perda de calor.
Um bom exemplo do emprego de materiais condutores e isolantes térmicos encontramos nas cozinhas.
As panelas são produzidas com certos metais, como cobre, alumínio (bons condutores térmicos) para que o calor passe da chama para o alimento em cozimento.
A colher de pau (madeira), ou aquela com cabo de madeira ou ebonite (isolantes térmicos), não permite que o calor passe do alimento para as mãos da cozinheira (ou cozinheiro).
Lei da Condução Térmica
O fluxo de calor (Φ) que atravessa um material é definido como:
Onde Q é a quantidade de calor (energia térmica) que atravessa certo material em um intervalo de tempo Δt.
Considere um corpo de certo material com condutividade térmica k, que as extremidades tenham temperaturas diferentes (θ1 e θ2), que a área da seção transversal por onde o calor flui seja A, e que tenha comprimento ℓ.
A lei da condução térmica, também conhecida como lei de Fourier, estabelece que o fluxo de calor (Φ) através do material C, é:
- proporcional à área de corte transversal do material (A),
- proporcional à diferença de temperatura entre as extremidades do material (Δθ = θ1 - θ2),
- inversamente proporcional à distância ℓ.
A Lei de Fourier é resumida na seguinte equação:
Onde K (fator de proporcionalidade) corresponde à condutividade térmica do material.
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