a) Explique o que é a condução de calor.
Como você relacionaria a condutividade térmica de um material com a sua estrutura molecular?
Como você relacionaria a condutividade térmica de um material com a sua estrutura molecular?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (1) definir o que é condução de calor e (2) relacionar a condutividade térmica de um material à sua estrutura molecular. O conteúdo é transferência de calor por condução e propriedades de transporte em sólidos.
Passo 2
Condução de calor é o mecanismo de transferência de energia térmica dentro de um corpo ou entre corpos em contato, sem movimento macroscópico de massa. Microscopicamente, acontece quando átomos ou moléculas mais energéticos transferem parte de sua energia cinética para vizinhos menos energéticos por meio de colisões ou interações de vibração. Em nível macroscópico, essa transferência obedece à Lei de Fourier:
onde
é o vetor densidade de fluxo de calor,
é a condutividade térmica e
é o gradiente de temperatura.
Passo 3
A condutividade térmica
reflete a facilidade com que a energia térmica se propaga no material e depende da estrutura molecular e dos mecanismos de transporte internos:
Em metais, há grande concentração de elétrons livres que carregam energia muito rápido, resultando em valores altos de . Já em isolantes (cerâmicas, polímeros), não há elétrons livres e o transporte acontece por fônons (vibrações da rede cristalina), que esbarram mais uns nos outros, tornando
mais baixo. Além disso, redes cristalinas bem ordenadas e átomos mais leves favorecem a propagação de fônons, aumentando
, enquanto defeitos, desordem ou ligações mais frouxas reduzem
.
Em metais, há grande concentração de elétrons livres que carregam energia muito rápido, resultando em valores altos de
Resposta
Condução de calor é a transferência de energia térmica por colisões e vibrações entre partículas sem transporte de massa, descrita pela Lei de Fourier
. A condutividade térmica
está ligada à estrutura molecular: em metais, elétrons livres elevam muito
; em isolantes, o transporte por fônons numa rede mais desordenada resulta em
menor.