O que é a condução?
Já definimos Condução de Calor enquanto aprendemos sobre a transferência de calor.
Condução de Calor é a transferência de calor da parte mais quente do material para a sua parte mais fria sem o movimento real das partículas.
Durante o processo de condução de calor, a energia térmica é transferida apenas para as sucessivas moléculas. Neste processo, as moléculas não deixam de modo algum a sua posição média. Assim, na condução de partículas do meio transfere calor sem deixar a posição média.
A condução de calor não tem lugar em líquidos e sólidos. Isto acontece porque as moléculas, tanto de gases como de líquidos, movem-se aleatoriamente ou numa direcção específica.
Como funciona a transferência de calor por condução
Quando uma extremidade de uma barra metálica é aquecida, as moléculas neste fim começam a vibrar cada vez mais rapidamente. Estas partículas na extremidade quente têm uma maior energia cinética de vibração em compaixão para com as partículas que não estão directamente sob exposição ao calor. Estas partículas/moléculas em movimento mais rápido colidem com as suas moléculas vizinhas.
Aqui da figura pode-se ver como o calor está a ser transferido a nível molecular através das vibrações das moléculas na extremidade aquecida para a extremidade mais fria.
Durante a colisão, transferem alguma da sua energia para as moléculas vizinhas. Desta forma, as moléculas em movimento ou vibrantes transmitem a energia térmica às moléculas vizinhas. Estas, por sua vez, transferem alguma da sua energia para as moléculas vizinhas. Assim, a energia é transferida por colisão molecular desde a extremidade quente do objecto até à sua extremidade fria. A transferência de calor é contínua até que duas extremidades do objecto estejam à mesma temperatura. Desta forma, a energia do movimento térmico é transmitida de uma molécula para a outra mantendo a sua posição média fixa.
As substâncias sólidas que conduzem calor facilmente são bons condutores de calor. Por exemplo, prata, cobre, etc. Todos os metais são um bom condutor de calor.
As substâncias que não conduzem calor facilmente são chamadas maus condutores de calor. Por exemplo, madeira, tecido, ar, papel, etc. Geralmente, bons condutores de calor são também bons condutores de electricidade.
Exemplos de condução diária
- No Inverno, o cabo metálico parece ser mais frio do que a porta de madeira. Isto acontece porque o puxador metálico é o bom condutor de calor e o calor flui do nosso corpo para o puxador. Por isso, sente-se frio
- Os utensílios de cozinha são fornecidos com maçanetas de madeira. Isto acontece porque a pega de madeira não permite a condução de calor do utensílio quente à mão.
- Uma nova colcha é mais quente do que a antiga porque a nova colcha contém mais ar nos seus poros em comparação com a antiga.
- Um frigorífico é fornecido com paredes isoladas para minimizar a possibilidade de calor fluir para o frigorífico a partir do exterior.
Termos importantes relacionados com a Condução
(1) O estado estacionário de uma substância:-
Para compreender o estado estacionário de uma substância, consideremos uma barra metálica sólida. Aquecemos agora uma extremidade da barra de metal. Desta forma, uma extremidade da barra está a uma temperatura mais elevada e outra extremidade da barra está a uma temperatura mais baixa. A partir da discussão sobre a transferência de calor por condução, sabemos que a energia térmica é transferida apenas para as sucessivas moléculas. Vamos dividir a barra metálica sólida em vários segmentos, como mostra a figura
Aqui se a barra metálica não for isolada, o calor é perdido para a atmosfera por convecção e radiação. Isto pode ser evitado colocando algum material não condutor em torno da barra.
Se começarmos a fornecer calor à barra no final P então cada secção da barra recebe calor da sua secção anterior adjacente. Isto é, a secção C receberá calor da secção B e a secção B receberá calor da secção A.
Again consideremos as secções A, B e C. Agora a secção B recebe calor da secção A. Parte do calor recebido é absorvido devido a que a temperatura da secção B aumenta. Alguma parte deste calor recebido flui para a atmosfera. Parte restante do calor é transferida para a secção adjacente C.
Neste estado, a temperatura de cada secção da barra aumenta. Continua a aumentar com o tempo. Este é o estado transitório ou variável da condução de calor.
Aqui se a barra metálica não for isolada, o calor é perdido para a atmosfera por convecção e radiação. Isto pode ser evitado colocando algum material não condutor em torno da barra.
Com a passagem do tempo e o fornecimento contínuo de calor, é atingido um estado quando a temperatura de cada secção se torna uniforme. Neste estado, nenhum calor é absorvido por qualquer secção da barra.
Este estado da barra quando a temperatura de cada secção da barra se torna constante e não há mais absorção de calor em qualquer parte chama-se Steady-State ou Stationery-State.
É importante notar aqui que
(1) As diferentes secções da barra metálica têm uma temperatura diferente, mas a temperatura de cada secção permanece constante com a passagem do tempo.
(2) A temperatura decresce à medida que me afasto mais da extremidade quente. O calor perdido para a atmosfera pode ser evitado cobrindo a barra de metal com um material isolante. Neste caso, a um estado estável, a transferência total de calor realiza-se por condução. Do quente e (temperatura mais elevada) da barra ao frio (temperatura mais baixa).
(2) Superfície isotérmica :-
A superfície de uma substância cujas partículas ou moléculas estão todas à mesma temperatura é chamada superfície isotérmica.
Figure 5 abaixo mostra duas superfícies isotérmicas $P$ e $Q$. Aqui a temperatura de todos os pontos na superfície $P$ é a mesma. A temperatura da superfície $P$ não é a mesma que a temperatura da superfície $Q$.
(3) Gradiente de temperatura :-
A taxa de variação de temperatura com distância no sentido do fluxo de calor chama-se gradiente de temperatura
Let consideremos a figura apresentada abaixo
A figura acima mostra duas superfícies isotérmicas P e Q. A superfície P está à temperatura $(T+\Delta T)$ e a superfície Q está à temperatura $T$.
Secções $P$ e $Q$ na figura acima são superfícies isotérmicas. Que $\Delta x$ seja a distância normal entre estas duas superfícies. Agora a temperatura da secção $P$ é maior do que a temperatura da secção $Q$. Que $(T+\Delta T)$ seja a temperatura da secção $P$ e $T$ seja a temperatura da secção $Q$; depois o gradiente de temperatura é escrito como
\begin{align}. \texto{grad.} T & = {\i1}frac{\i1}{\i1}{\i1}& = {\i1}frac{\i1}text{\i}{\i1}div \\& =-frac{T-(T+Delta T)}{Delta x} {& =-frac{Delta T}{Delta x}}{Delta x}O gradiente de temperatura é a quantidade positiva no sentido do aumento da temperatura. Uma vez que o calor flui sempre de uma temperatura mais alta para uma temperatura mais baixa. O gradiente de temperatura no sentido do fluxo de calor tem um valor negativo.
(4) A taxa de fluxo de calor :-
A quantidade de calor transferida de uma região isotérmica por unidade de tempo no sentido da propagação do calor é chamada taxa de fluxo de calor. É denotada por $H$. É também conhecida como corrente de calor.
Se $Q$ é a quantidade de calor transferida no tempo t; então
$H=\frac{Q}{T}$$ Unidades são $Kcal{s ^{ – 1}} $ , $J{s ^{ – 1}}$ e $cal{s ^{ – 1}}$
(5) A taxa específica de fluxo de calor:-
A taxa de fluxo de calor por unidade de área é chamada taxa específica de fluxo de calor. É denotada por $q$.$q=\frac{H}{A}$
Unidades são $Kcal.{m^{ – 2}}{s^{ – 1}}$, $K{m^{ – 2}}{s^{ – 1}}$ e $Cal.cm^{ – 2}{s^{ – 1}}$
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Leia também
ul> Notas
- >li>Transferência de calorli>Condução de calorli>Condutividade térmica
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- Transferência de calor por convecção
- Radiação e Radiação Corporal Negra
- A lei de Stefan Boltzmann
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