1.3.5 Condução térmica

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1 1.3.5 Condução térmica Mecanismo de transferência de calor que exige o contacto entre os sistemas. Aquecimento de um objeto metálico A extremidade que não está em contacto direto com a fonte de calor também vai aumentando gradualmente a sua temperatura. Na tenaz há transferência de energia por condução térmica. Há propagação de energia ao longo do metal. 1

2 Mecanismo de transferência de calor por condução num corpo. Aquecimento de um corpo Corpo metálico (Sólido) Extremidade em contacto com a fonte de calor Fonte de energia A condução térmica é desprezável nos líquidos e gases devido ao maior afastamento das partículas. Mecanismo de transferência de calor por condução num corpo. Aquecimento de um corpo ENERGIA As partículas da extremidade aquecida de um objeto recebem energia e, por isso, agitam-se mais. Essa agitação propaga-se às partículas vizinhas e destas às outras, ao longo do objeto. 2

3 Mecanismo de transferência de calor por condução num corpo. Aquecimento de um corpo As partículas agitam-se em torno das suas posições médias de equilíbrio, mas não se deslocam ao longo do material. ENERGIA O aumento da agitação corpuscular traduz-se em aumento de temperatura, o que se verifica em todo o objeto. A condução térmica também ocorre entre corpos em contacto. Aquecimento de uma barra metálica com clips presos com cera. Há condução térmica ao longo da barra metálica. Há condução térmica da barra para a cera. A cera começa a fundir, no sentido da ponta mais quente da barra para a mais fria, caindo os clips por essa ordem. último clip a cair 1º clip a cair Transferência de energia por condução térmica entre corpos em contacto. 3

4 A condução térmica de um corpo depende: Da sua geometria Do material de que é constituído Tamanho Forma Metal Lã Cortiça Plásticos Condutor térmico Energia transferida rapidamente Isolante térmico Energia transferida lentamente Condutividade térmica de um material Grandeza que caracteriza um material quanto à rapidez com que nele a energia se transfere por condução térmica. Símbolo: k Unidade SI: W m 1 K 1 Condutividade térmica, k Relaciona-se com a taxa temporal de transferência de energia como calor por condução térmica. 4

5 Condutividade térmica de um material Grandeza que caracteriza um material quanto à rapidez com que nele a energia se transfere por condução térmica. Material k/ W m 1 K 1 Prata 427 Cobre 397 Alumínio 238 Condutividade térmica de alguns materiais: condutores térmicos. Material k/ W m 1 K 1 Borracha 0,19 Lã pura 0,04 Cortiça 0,04 Condutividade térmica de alguns materiais: isoladores térmicos. Condutividade térmica, k Tem um valor elevado para os bons condutores térmicos e um valor baixo para os isoladores térmicos. Condutividade térmica A diferente sensação de quente e frio ao tocar em objetos à mesma temperatura deve-se ao facto destes terem condutividades térmicas diferentes. Exemplo: Porta e puxador à mesma temperatura (T. ambiente) O puxador metálico possui uma condutividade elevada. Quando tocamos com a mão a energia é rapidamente transferida para o puxador, daí a sensação de frio. A porta de madeira possui uma condutividade baixa. Quando tocamos com a mão a energia é transferida mais lentamente, dando a sensação que esta se encontra menos fria que o puxador. 5

6 Atividade Três placas metálicas encontram-se em equilíbrio térmico. Considere a tabela seguinte com as valores das respetivas condutividades térmicas. Placa k / cal s 1 m 1 C 1 A 92 B 50 C 0,1 a ) Ao tocar com a mão, que se encontra a uma temperatura superior, em cada uma das placas, ter-se-á, para cada uma destas, a sensação de frio. Qual das placas parecerá estar mais fria? Justifique. b) Apresente o valor da condutividade térmica do metal da placa B na unidade SI, sabendo que 1 cal = 4,18 J. Atividade SOLUÇÃO Três placas metálicas encontram-se em equilíbrio térmico. Considere a tabela seguinte com as valores das respetivas condutividades térmicas. Placa k / cal s 1 m 1 C 1 A 92 B 50 C 0,1 a ) Ao tocar com a mão, que se encontra a uma temperatura superior, em cada uma das placas, ter-se-á, para cada uma destas, a sensação de frio. Qual das placas parecerá estar mais fria? Justifique. A sensação de frio ou de quente relativa a corpos que estão à mesma temperatura relaciona-se com a maior ou menor taxa de transferência de energia entre o nosso corpo e esses materiais, ou seja com a condutividade térmica do material. Como a condutividade térmica da placa A é maior, a transferência de energia do nosso corpo para ela é mais rápida e parecerá estar mais fria que as restantes. 6

7 Atividade Três placas metálicas encontram-se em equilíbrio térmico. Considere a tabela seguinte com as valores das respetivas condutividades térmicas. SOLUÇÃO Placa k / cal s 1 m 1 C 1 A 92 B 50 C 0,1 b) Apresente o valor da condutividade térmica do metal da placa B na unidade SI, sabendo que 1 cal = 4,18 J. Unidade SI: W m 1 K 1 W = J s Basta multiplicar o valor por 4,18 k = 50 4,18 W m 1 K 1 k = 209 W m 1 K 1 TPC Fazer os exercícios da página 145 e 146 que ficaram por fazer:. 7