E a condutividade térmica efetiva de um sistema de isolamento uma manifestação verdadeira da eficácia com a qual calor é transferido através do sistema somente por condução?

Passo 1

O enunciado pergunta se a condutividade térmica efetiva de um sistema de isolamento é, de fato, uma medida da eficácia com que o calor se transfere somente por condução através desse sistema. O conteúdo envolve transferência de calor (mecanismos de condução, radiação e convecção nos poros) e o conceito de parâmetro “efetivo”.

Passo 2

Em termo de condução pura, a lei de Fourier diz que o fluxo de calor é
\mathbf{q} = -\,k\,\nabla T
onde k é a condutividade térmica intrínseca do material. Mas em um isolante poroso (como lã de vidro, espuma, etc.) aparecem dois efeitos extras nos vazios entre sólidos:
  1. Radiação: transferência de calor por ondas eletromagnéticas que atravessam ou refletem nos poros.
  2. Convecção interna: gavetas de ar ou gás em poros maiores podem permitir correntes naturais de convecção.

Passo 3

Para simplificar o modelo e usar sempre a forma de Fourier (i.e.\ um único coeficiente à la condução), define-se a condutividade térmica efetiva k_{\mathrm{eff}}. Esse k_{\mathrm{eff}} não é a condutividade do sólido nem a do gás isoladamente, mas um valor equivalente que incorpora:
  • condução pelo sólido e pelo gás nos poros,
  • transferência radiativa,
  • eventual convecção se os poros forem suficientemente grandes.
Ou seja, sempre que você usar
\mathbf{q} = -\,k_{\mathrm{eff}}\,\nabla T
esse k_{\mathrm{eff}} “resumirá” todos os modos de passagem de calor em uma única condutividade.

Passo 4

Portanto, a condutividade térmica efetiva não é uma manifestação pura da condução: ela é um parâmetro equivalente que engloba condução, radiação e convecção interna. Só se reduz a condução única num regime em que radiação e convecção interna sejam desprezíveis (por exemplo em poros muito pequenos e em temperaturas onde a radiação interna seja insignificante).

Resposta

Não. A condutividade térmica efetiva é um coeficiente equivalente que inclui condução, radiação e até convecção interna nos poros, não representando apenas a condução pura.

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