Fenômeno explica o funcionamento dos materiais condutores e isolantes
A condução térmica é o processo de transferência de energia térmica através de um meio material, sem transporte de matéria. A energia térmica ou calor se propaga de molécula para molécula do meio, sempre no sentido da temperatura mais alta para a mais baixa.
De acordo com a termologia, a transferência de calor ocorre com mais facilidade em materiais sólidos, pois as posições mais fixas desses materiais favorecem o processo de condução térmica. Por isso, ao pegar uma vareta metálica e aquecer uma das suas extremidades na chama de uma vela, a outra extremidade ficará quente. Ou seja, após determinado tempo, o calor vai ser propagado pela vareta e vai chegar na outra ponta.
Características da condução térmica
O processo de propagação do calor através das moléculas da vareta é justamente a condução térmica. Por consequência, é possível afirmar que tal objeto é um bom condutor de calor.
É importante lembrar que os materiais apresentam diferentes condutibilidades. Em outras palavras, alguns conduzem mais calor que outros. Os metais, a exemplo da mencionada vareta, são bons condutores de calor, enquanto a lã de vidro, a borracha e a madeira são maus condutores. O material com baixa condutibilidade ainda pode ser considerado um isolante térmico.
Essa diferença de condutibilidade é verificada em espaços como o da cozinha. As panelas de ferro possuem cabos de madeira ou plástico, pois esses últimos materiais têm mau condução térmica. Isso possibilita que os alimentos sejam preparados sem que o calor do corpo da panela seja transmitido para o cabo, criando segurança para o procedimento.
As paredes dos frigoríficos formam outro exemplo prático, pois são forradas com lã de vidro para evitar que entre calor nos espaços. Por essa mesma lógica isolante, as paredes dos fornos também são forradas, mas para reter o calor.
Pelo estudo da condução térmica, o frigorífico foi projetado para evitar a entrada de calor. (Foto: Flickr)
Além da condução térmica, é importante mencionar que existem outros dois tipos de transferência de calor:
• Convecção térmica: ocorre principalmente nos fluidos e por conta das diferentes densidades entre os materiais que fazem parte do processo;
• Irradiação térmica: situação em que propagação se dá através dos raios infravermelhos, também chamados de ondas eletromagnéticas.
Condução em estado estacionário
A condução em estado estacionário ocorre quando a diferença de temperatura que gera a condução é constante. Dessa forma, após determinado tempo, as temperaturas nos espaços do corpo condutor não variam.
De volta para o exemplo da vareta metálica, ela pode ser fria em uma extremidade e quente na outra. Entretanto, depois que a condução em estado estacionário é atingida, o grau de temperatura ao longo da barra não vai alterar com o tempo. Como resultado, a temperatura em qualquer ponto da vareta vai permanecer constante. Em suma, nesse tipo de condução, a quantidade de calor que entra no sistema é igual à quantidade de calor que sai.
Condução transiente
A condução transiente é aquela relacionada com o estado não estacionário. Nesse cenário, existe uma alteração de temperatura ou fonte de calor, geralmente colocada no sistema de forma repentina.
Nesse sentido, ela tem características como:
• Os fluxos de calor e as temperaturas no interior dos objetos mudam com o tempo, até um novo estado estacionário;
• O termo transiente faz referência com as distribuições de temperatura no interior do objeto, que mudam ao longo do tempo e, portanto, são transitórias;
• No campo matemático, a observação de sistemas de condução de estado não estacionário é mais complexa que sistemas estacionários, pois exige análise numérica por computador.
Condução relativística e condução quântica
A teoria da condução de calor relativística é um modelo para a condução térmica compatível com a teoria da relatividade, as leis da termodinâmica, eletrodinâmica e mecânica quântica, considerando esses estudos de forma simultânea.
Com é possível notar, essa teoria tem aspectos complexos. Entre eles, os principais são:
• Admite uma velocidade finita para a propagação do calor;
• Remove a possibilidade de situações que possam escapar da segunda lei da termodinâmica;
• A teoria dá origem a uma série de fenômenos físicos, a exemplo da ressonância térmica e das ondas de choque térmicas;
• Do ponto de vista matemático, a condução relativística é considerada simples.
Para finalizar, a condução quântica é um fenômeno no qual a transferência de calor ocorre por movimento na forma de onda, em vez da tradicional difusão. Nesse sentido, o calor é parecido com a propagação de som pelo ar.