a) Explique o que é a condução de calor.
Por qual motivo metais são na maioria dos casos bons condutores 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:
onde
é o vetor fluxo de calor,
é a condutividade térmica do material e
é o gradiente de temperatura.
Passo 3
Microscopicamente, em sólidos, a condução de calor ocorre por dois mecanismos principais:
- Vibrações da rede cristalina (fônons), que transferem energia de átomo a átomo.
- 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.
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
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.