a) Explique o que é a condução de calor.
Como ela ocorre em gases, líquidos e slidos?

Passo 1

O enunciado pede para explicar o que é condução de calor e como esse mecanismo se manifesta em gases, líquidos e sólidos. O conteúdo principal é a transferência de energia térmica por condução, que envolve tanto a visão macroscópica (gradiente de temperatura e Lei de Fourier) quanto a interpretação microscópica (colisões moleculares, vibrações de rede e elétrons livres).

Passo 2

Condução de calor é o processo de transferência de energia térmica dentro de um meio ou entre meios em contato, sem transporte global de matéria. Macroscopicamente, se numa direção x existe um gradiente de temperatura \frac{dT}{dx}, a densidade de fluxo de calor por condução satisfaz a Lei de Fourier:
\mathbf{q} = -k\,\nabla T,
onde k é a condutividade térmica do material e o sinal negativo indica que o calor flui do quente para o frio.

Passo 3

Em sólidos, há dois mecanismos principais:
  1. Em materiais não metálicos (isolantes), a condução ocorre por vibrações da rede cristalina (fônons). Átomos ou íons vibram em torno de pontos de equilíbrio e transferem energia para vizinhos.
  2. Em metais, além dos fônons, há elétrons livres que se movem quase livremente e carregam energia térmica de regiões mais quentes para regiões mais frias, aumentando muito k.

Passo 4

Em líquidos, as moléculas estão em constante movimento e em contatos frequentes, mas não há rede cristalina fixa nem elétrons livres livres para transporte. A condução se dá sobretudo por colisões e difusão molecular: moléculas quentes colidem com moléculas vizinhas, transferindo parte de sua energia cinética.

Passo 5

Em gases, as moléculas estão mais espaçadas, logo as colisões moleculares ocorrem com menor frequência. A condução térmica acontece pelo mesmo princípio de difusão molecular dos líquidos, mas como a densidade é menor, a condutividade térmica k é tipicamente bem menor. Em gases raros, pode-se até usar a teoria cinética para mostrar que
k \propto c_v\,\lambda\,\bar v,
onde c_v é o calor específico, \lambda o caminho livre médio e \bar v a velocidade média das moléculas.

Resposta

Condução de calor é a transferência de energia térmica devido a um gradiente de temperatura, sem transporte de massa. Em sólidos, ocorre por vibrações da rede cristalina (fônons) e, nos metais, também por elétrons livres; em líquidos, por colisões e difusão molecular; e em gases, por difusão molecular em razão do movimento e colisões mais espaçados entre moléculas.

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