a) Explique o que é a condução de calor.
Por qual motivo metais são na maioria dos casos bons condutores de calor?

Passo 1

O enunciado nos pede para explicar o que é condução de calor e por que metais geralmente conduzem calor bem. Vamos usar conceitos de transferência de calor por condução e as propriedades térmicas dos materiais.

Passo 2

Condução de calor é o processo de transferência de energia térmica dentro de um corpo ou entre corpos por contato direto, sem transporte macroscópico de massa. Macroscopicamente, descrevemos esse fenômeno pela lei de Fourier:
\mathbf{q} = -k\,\nabla T
onde \mathbf{q} é o vetor fluxo de calor, k é a condutividade térmica do material e \nabla T é o gradiente de temperatura.

Passo 3

Microscopicamente, em sólidos, a condução de calor ocorre por dois mecanismos principais:
  1. Vibrações da rede cristalina (fônons), que transferem energia de átomo a átomo.
  2. Movimento de portadores livres de energia, que em metais são elétrons livres.
    Em isolantes, só os fônons são responsáveis e eles sofrem muitas dispersões, reduzindo k.

Passo 4

Em metais, a ligação metálica gera uma “nuvem” de elétrons livres com alta mobilidade. Esses elétrons absorvem energia térmica em regiões quentes e se deslocam para regiões frias, transferindo energia de forma rápida. Como o número de elétrons livres é grande e eles colidem pouco, a condutividade térmica k dos metais fica elevada.

Resposta

Condução de calor é a transferência de energia térmica por contato, sem transporte de massa, descrita pela lei de Fourier e sustentada microscopicamente por fônons e por portadores (elétrons). Metais são bons condutores de calor porque possuem muitos elétrons livres que transportam energia térmica de forma rápida e eficiente.

Exercícios relacionados