Condução térmica

Condução térmica

O calor pode se propagar de três modos: condução, convecção e irradiação. Nesta aula analisaremos o processo de condução.

A condução é um processo pelo qual o calor se transmite ao longo de um meio material por meio da transmissão de vibração de suas moléculas. As moléculas mais energéticas (de maior temperatura) transmitem energia para as menos energéticas (menor temperatura).

Existem materiais que conduzem o calor rapidamente, por exemplo, os metais. Tais materiais são chamados de bons condutores. Podemos perceber isso fazendo um experimento como o ilustrado na Fig.1.

Segurando uma barra de metal que tem uma extremidade sobre uma chama, rapidamente o calor é transmitido para nossa mão. Por outro lado há materiais nos quais o calor se propaga muito lentamente. Tais materiais são chamados de isolantes. Como exemplos podemos citar a borracha, a lã, o isopor e o amianto.

O fato de a lã ser um bom isolante explica por que no inverno usamos agasalhos de lã; ela dificulta a perda do calor de nosso corpo para o meio externo.

Fluxo de calor

Suponhamos que em um intervalo de tempo passe uma quantidade de calor Q por uma superfície S (Fig.2).

Fig. 2

O fluxo de calor através da superfície S é definido por:

As unidades mais comuns para o fluxo são:

Condutividade térmica

Consideremos uma barra condutora de comprimento L e cuja secção reta tenha área A (Fig.3), cujas extremidades são mantidas a temperaturas e . Nesse caso o calor fluirá através da barra indo da extremidade que tem maior temperatura para a extremidade que tem menor temperatura .

A experiência mostra que o fluxo de calor através da barra é dado por:

onde k é uma constante cujo valor depende do material e é chamada condutividade térmica do material.

Da equação II tiramos:

Portanto no SI

unidade dek

unidade de k =

Na tabela a seguir apresentamos as condutividades térmicas de alguns materiais.

Os bons condutores têm grandes condutividades e os bons isolantes têm pequenas condutividades.

Exemplo 1

Uma barra de cobre de comprimento L = 7,6 m tem seção reta de área A = 8,0 . 10^-4 m². Essa barra tem suas extremidades mantidas a temperaturas . Sabendo que a condutividade térmica do cobre é k = 380 W/m.K, calcule:

a) o fluxo de calor através da barra.

b) a quantidade de calor que passa pela barra em 1,0 minuto.

Resolução

a)  

b)

Lembrando que

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