6- Explique a parte física de difusidade térmica?
Passo 1
O enunciado pede para explicarmos o aspecto físico da difusividade térmica. O conteúdo envolve condução de calor em meios materiais, e para isso vamos precisar (1) da definição matemática de difusividade térmica e (2) da interpretação física desse parâmetro na propagação de calor.
Passo 2
A difusividade térmica, geralmente denotada por
, é definida como a razão entre a condutividade térmica
de um material e o seu termo de armazenamento térmico, dado pelo produto da densidade
e do calor específico a pressão constante
. Matematicamente:
As unidades de
são
, pois ela compara uma “capacidade de espalhar calor” (condutividade) com uma “capacidade de armazenar calor” (densidade
calor específico).
Passo 3
Físicamente,
mede a rapidez com que uma perturbação de temperatura em um ponto se propaga pelo corpo. Quanto maior
, mais rápido o calor “difunde” no material em comparação ao quanto de energia ele consegue armazenar. Em outras palavras,
balança a condução (transporta calor) contra a inércia térmica (armazena calor).
Passo 4
Uma forma prática de ver isso é pelo tempo característico de difusão térmica em um comprimento característico
. Esse tempo escala como
Se
for grande,
é pequeno: a temperatura no material se uniformiza rapidamente. Se
for pequeno, demorará mais para que o calor avance uma distância
.
Passo 5
Por exemplo, metais como alumínio têm
, enquanto cerâmicas ou polímeros podem ter
da ordem de
a
. Isso explica por que objetos de metal aquecem e esfriam muito mais rápido que plásticos ou cerâmicas de mesma espessura.
Resposta
A difusividade térmica
é o parâmetro que quantifica a velocidade de propagação de uma perturbação térmica num material, equilibrando sua capacidade de conduzir calor e de armazená-lo. Quanto maior
, mais rápido o calor se difunde em relação à sua inércia térmica.