CONDUTORES TERMICOS

2-CONDUTORES TERMICOS

São aqueles que possuem elevado coeficiente de condutibilidade térmica.Ou seja, são materiais que conduzem calor com facilidade.Ex.: Os metais são excelentes condutores.

3-ISOLANTES TERMICOS

Ao contrário dos condutores, os isolantes conduzem muito pouco calor e possuem um coeficiente de condutibilidade baixo.Ex.: O ar, a neve

4-INVERSÃO TERMICA

O fenômeno da inversão térmica consiste no seguinte: o ar situado próximo à superfície, que em condições normais é mais quente que o ar situado bem acima da superfície, torna-se mais frio que o das camadas atmosféricas elevadas. Como o ar frio é mais pesado que o ar quente, ele impede que o ar quente, localizado acima dele, desça. Assim, não se formam correntes de ar ascendentes na atmosfera. Os resíduos poluidores vão então se concentrando próximo da superfície. As inversões térmicas são também provocadas pela penetração de uma frente fria, que sempre vem por baixo da frente quente.

5-CONDUÇÃO

Uma das técnicas utilizadas para a detecção de um incêndio dentro de um ambiente consiste em encostarmos a mão na porta ou na parede, sentindo assim a temperatura da mesma. O que acontece, termodinamente no momento do contato? Definindo nossa mão como um sistema A e a porta como um sistema B, reconhecemos que A recebe calor de B (através da fronteira). Em conseqüência, a energia interna de A começa a subir e daí sua temperatura. Pelo contato térmico, há transferência de calor de B para A.

Formalizando, podemos dizer que condução de calor é a troca de energia entre sistemas ou partes de um mesmo sistema em diferentes temperaturas que ocorre pela interação molecular (impacto) onde moléculas de alto nível energético transferem energia às outras, como acontece com gases e mais intensamente com líquidos, pois neste caso, as moléculas estão bem mais próximas. Para sólidos não metálicos, o mecanismo básico de condução está associado às vibrações das estruturas eletrônicas e para os metais, os elétrons livres, que podem se mover na estrutura cristalina, entram em cena, aumentando a intensidade da difusão (condução) de energia. Assim, materiais que forem bons condutores elétricos serão bons condutores térmicos, uma vez que os mecanismos de operação sejam os mesmos. Para os cristais puros, tal fato é expresso pela equação de Lorentz.

A lei básica da condução de calor é baseada nas observações experimentais de Biot mas geralmente é mencionada como sendo de Fourier, que foi o primeiro a usá-la explicitamente. Esta lei afirma que o calor trocado por condução em uma certa direção é proporcional à área normal à direção e ao gradiente de temperaturas na tal direção. Assim:

Q ~ A [d T / d x]

Ou, introduzindo uma constante positiva, chamada condutividade térmica, podemos escrever:

utilizando o conceito de fluxo de calor, taxa de troca de calor por unidade de área, [W / m2], temos que:

Q / A = q" = - k [d T / d x]

O sinal negativo é colocado de forma a garantir que o fluxo de calor seja positivo na direção positiva de x. Observe na figura que se T(x1) for maior que T(x2), a 2a. Lei da Termodinâmica diz que o calor deve fluir de x1 para x2, supondo, é claro, que x2 > x1. O sinal negativo é colocado, pois neste caso, como pode ser visto dT / dx é negativo. Uma situação semelhante ocorre na parte mais à esquerda do gráfico, na qual dT / d x é positivo mas o fluxo é negativo.

Deve ser observado que a equação acima é antes de mais nada a equação de definição da condutividade térmica que no sistema Internacional de unidades tem a dimensão de [W / m K]. Além da grande variação no valor de k entre os materiais (veja a tabela abaixo), ela também varia grandemente, em certos casos, com a temperatura, como aparece na figura seguinte.

Valores Típicos de k

metais

30 (ferro fundido) a 240 (prata)

líquidos

0,1 (gasolina) a 0,4 (água)

materiais isolantes

0,02 a 0,1

gases

0,004 a 0,1

Para alguns metais, a condutividade térmica decresce com a temperatura, ao passo que para gases e materiais isolantes, ela aumenta com T. Para gases monos-atômicos, os modelos prevêem que a condutividade térmica seja proporcional à , indicando claramente que maior temperatura implica em maior condutividade térmica. Deve ser mencionado ainda que materiais que apresentam forte anisotropia levam esta característica para k. Por exemplo, o valor de k para a madeira se medido ao longo das fibras é quase duas vezes maior que o valor medido transversalmente.

6-CONVECÇÃO

O que acontece ao darmos um mergulho numa piscina após termos ficado horas embaixo do sol? Percebemos que a temperatura superficial do nosso corpo está elevada e certamente superior à da água da piscina que usualmente está fria (com relação ao ar ambiente) por causa da evaporação. No momento do contato térmico, há então um diferencial de temperaturas entre a superfície de nosso corpo e o fluido, possibilitando a troca de calor. Entretanto, devemos ter em mente que existe um movimento relativo entre os dois meios trocando calor e, como já aprendemos, a sopa é mais rapidamente esfriada se mexermos com a colher, teremos o mesmo na piscina. Poderemos então esperar uma certa intensificação (isto é, um aumento) nas taxas de troca de calor sempre que tivermos movimento relativo entre um determinado corpo e o fluido que o cerca, estando ambos em diferentes temperaturas. No caso do mergulho na piscina, temos o escoamento externo, ou não confinado. Em outras situações, como o do aquecimento de água num aquecedor a gás residencial, fluido é aquecido no interior de um canal, indicando o escoamento interno. Este tipo de mecanismo de troca de calor, envolvendo contato térmico entre fluido em movimento relativo e uma superfície é chamada de convecção.

Quando