Resumo de Física - Condução térmica

A condução térmica é o processo de transferência de calor em que as partículas de uma região com maior temperatura passam sua agitação térmica para as partículas de uma região vizinha com temperatura inferior.

Em outros termos, é o momento em que o calor se propaga por um condutor. E como acontece a transferência de calor? Ela pode ocorrer de três maneiras:

  • Condução;
  • Irradiação;
  • Convecção térmica.

Propriedades da condução térmica

No caso da condução térmica, ela está relacionada com o material de um certo objeto. Por essa razão, são chamados de isolantes térmicos os materiais que reduzem o fluxo de calor entre os corpos, a exemplo do plástico e do isopor.

Do outro lado da moeda, são considerados condutores térmicos os materiais que passam facilmente o calor de um objeto para o outro, a exemplo dos metais.

Os objetos que têm boa condução térmica são constituídos por átomos e moléculas que conseguem transferir calor para os átomos e moléculas dos corpos que estão próximos. No entanto, isso só ocorre até a situação de equilíbrio térmico.

Pelas leis da termodinâmica, o equilíbrio térmico, também conhecido como equilíbrio termodinâmico, é quando dois corpos atingem a mesma temperatura.

A propriedade física que mede o quanto um corpo pode conduzir calor é chamada de condutividade térmica. De acordo com os estudos físicos, os bons condutores térmicos têm um elevado valor de condutibilidade, enquanto os isolantes têm baixa condutibilidade térmica.

A sensação térmica depende da condutibilidade térmica. Além disso, outra questão importante sobre a condução é o fato dela acontecer em todas as formas de matéria, a exemplo da sólida, líquida, gasosa e plasmática.

Modos de transferência de calor

Ciente que a condução ocorre nos mais diversos estados da matéria, vale destacar que ela é maior nos sólidos. A explicação está na análise da forma como acontece a transferência de calor nesse estado físico.

Nos sólidos, as moléculas vibram em torno de uma posição fixa, enquanto nos gases, as moléculas têm uma boa liberdade de movimentos. Diante disso, o caráter mais fixo da molécula favorece a condução térmica.

Mas como isso acontece de forma didática? Com o aumento da temperatura, as moléculas de um material ficam mais agitadas, ou seja, ocorre o aumento da sua energia cinética.  Quando essa energia supera as forças atrativas das moléculas, ocorre a mudança de um estado físico.

Nos sólidos metálicos, o movimento dos elétrons livres permite acelerar a transferência de calor. É por isso que eles têm elevadas condutividades térmicas e propagam calor com facilidade.

Por dedução, os metais são ótimos condutores de energia térmica. Isso justifica o fato do material ser aplicado em objetos como a panela, peça que precisa de boa condução para aquecer o alimento. É válido reforçar que o tempo e a área de contato determinam a quantidade de energia transferida por condução.

Antes de seguir com a condução térmica, vale lembrar que existem outras duas formas de transferência de calor. A radiação térmica, realizada por meio de ondas eletromagnéticas, e a convecção, forma de transferência  de calor que acontece pela diferença entre a densidade dos elementos que formam um sistema.

Formas de condução

Diante de tamanha importância e forma de uso no cotidiano, cabe realçar as seguintes formas de condução:

  • Condução em estado estacionário: ocorre quando a quantidade de calor que entra em um sistema é igual à quantidade de calor que sai;
  • Condução transiente: quando os fluxos de calor e as temperaturas no interior dos objetos mudam com o tempo. Isso vai ocorrer até um novo estado estacionário;
  • Condução relativística: admite uma velocidade infinita de propagação de sinais de calor;
  • Condução quântica: fenômeno mecânico quântico no qual transferência de calor ocorre por movimento na forma de onda, em vez de pelo mecanismo mais comum da difusão.

Aplicações da condução térmica

O conceito da condução térmica está presente em situações como:

  • Na confecção dos casacos. Usados como isolantes térmicos, eles dificultam a saída de calor do corpo para o ambiente frio;
  • Nas caixas térmicas, o isopor serve como material isolante;
  • Na colher de madeira, feita para suportar as elevadas temperaturas do alimento sem a grande transmissão de calor para a mão da pessoa;
  • Nos potes de cerâmica, usados para preservar por maior tempo a temperatura de uma comida. A cerâmica não é um bom material condutor.
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