Condução térmica

Licenciatura em Física (UNESP, 2010)

Publicado em 14/02/2019

Seja uma barra de metal. Se aquecermos uma das pontas, as partículas que compõe esta barra começarão a se agitar nesta ponta, se energizar, devido a alta temperatura, adquirindo uma energia cinética que faz movimentar estas partículas. Este movimento faz com que elas vibrem com maior intensidade, fazendo as partículas vizinhas vibrar também (transmite a energia), e estas fazem as seguintes vibrar, e assim sucessivamente. A energia cinética aumenta a energia interna no resto da barra, fazendo a temperatura aumentar nas regiões que antes estavam com menor temperatura.

Esta transmissão de energia no fenômeno descrito chama-se condução térmica e, como se nota, precisa de um meio material para ocorrer, não podendo ocorrer no vácuo (lá a condutividade térmica é nula).

Assim, o calor flui de uma região de temperatura mais alta para uma de temperatura mais baixa, dentro um objeto ou meio (sólido, líquido ou gasoso) ou entre meios e objetos diferentes, desde que haja contato direto.

Note que na condução é condição necessária que um corpo encoste diretamente no outro para que se transmita a energia cinética entre as moléculas.

Os melhores condutores são os metais, como cobre, ferro, entre outros, pois possuem elétrons nas camadas mais externas dos átomos (camada de valência) e com ligações fracas. Quando se trata de corpos sólidos opacos, a condução é a única maneira de transmissão de calor, pois em outros casos a transmissão pode se dar de outras formas, como convecção e radiação térmica.

É devido à condução que panelas de metal possuem cabos de madeira (mau condutor), pois se o cabo fosse de metal, queimaríamos a mão, assim como quando pegamos em uma colher de metal imersa em uma sopa quente, em que sentimos a colher quente. Já o gases e líquidos não são tão bons condutores, se fossem, em dias frios congelaríamos pelo ar frio ou queimaríamos a mão no ar quente ao tirar uma pizza do forno.

Em 1822, Fourier (1768- 1830) determinou a equação que mede a condução térmica:

que ficou conhecida como a Lei de Fourier, onde:

  • qk é o fluxo de calor;
  • dT/dx é a taxa de variação da temperatura no espaço (gradiente de temperatura na seção);
  • k é a condutividade térmica do material;
  • A é a área da seção transversal, onde o fluxo de calor passa perpendicularmente.

Como o calor flui da região de maior temperatura para a de menor temperatura, temos o sinal negativo na Lei de Fourier. Assim,

se Tquente > Tfrio, o valor de ΔT será negativo, por isso o sinal negativo na equação para balancear.

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