Durante a construção de um prédio, o engenheiro precisa definir um material para isolamento térmico. Qual das alternativas apresenta a melhor opção considerando a estrutura atômica dos materiais?
A) Metais, pois sua estrutura cristalina permite melhor dissipação de calor.
B) Polímeros, pois sua estrutura molecular impede a transmissão térmica eficiente.
C) Cerâmicas, pois sua baixa condutividade térmica evita trocas de calor indesejadas.
D) Vidros amorfos, pois sua desordem estrutural reduz a condução térmica.
A) Metais, pois sua estrutura cristalina permite melhor dissipação de calor.
B) Polímeros, pois sua estrutura molecular impede a transmissão térmica eficiente.
C) Cerâmicas, pois sua baixa condutividade térmica evita trocas de calor indesejadas.
D) Vidros amorfos, pois sua desordem estrutural reduz a condução térmica.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado diz que um engenheiro precisa escolher o melhor material para isolamento térmico de um prédio — ou seja, queremos um material que dificulte ao máximo a passagem de calor. Essa questão é de transferência de calor, mais especificamente condução térmica. Para resolver, precisamos entender a condutividade térmica (k) de cada material e como a estrutura atômica/molecular influencia esse k.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar a lei da condução de Fourier em regime estacionário, que diz que a taxa de calor que atravessa uma área A é
onde:
-
é a potência de calor (W), -
é a condutividade térmica (W/m·K), -
é o gradiente de temperatura.
Quanto menor for
, mais difícil o calor passa. Então, para bom isolamento, queremos o menor
.
Passo 3
Agora, liga o som no “porquê” de cada material ter um
alto ou baixo:
- Metais: têm elétrons livres que levam calor num instante, então
é alto (pode chegar a 200–400 W/m·K). - Polímeros: são longas cadeias moleculares, sem elétrons livres, e sua estrutura meio bagunçada faz os fonons (vibrações) se espalharem. Isso deixa
bem baixinho (tipicamente 0,1–0,5 W/m·K). - Cerâmicas: têm rede cristalina rígida, sem elétrons livres, mas as vibrações se propagam relativamente bem —
varia, mas fica na casa de 2–30 W/m·K. - Vidros amorfos: a desordem reduz um pouco a condução, mas ainda ficam em torno de 0,8–1,0 W/m·K.
Passo 4
Comparando tudo: metais são péssimos isolantes (alto
), cerâmicas e vidros têm condutividade moderada, e polímeros são campeões em baixo
. Logo, a melhor alternativa para isolar é o polímero.
Resposta
B) Polímeros, pois sua estrutura molecular impede a transmissão térmica eficiente.