O que é um material isotrópico?
Por que geralmente a condutividade térmica de um sólido é maior do que a de um líquido? Por que a condutividade térmica de um líquido é maior do que a de um gás?

Passo 1

O enunciado pergunta: (1) o que é um material isotrópico e (2) por que normalmente a condutividade térmica de um sólido é maior do que a de um líquido e esta, por sua vez, é maior do que a de um gás. O conteúdo é condução térmica em materiais e mecanismos microscópicos de transporte de energia.

Passo 2

Material isotrópico é aquele cujas propriedades físicas—como módulo de elasticidade, condutividade térmica ou elétrica—são as mesmas em todas as direções. Em outras palavras, se você medir a condutividade térmica k num eixo qualquer do corpo isotrópico, sempre encontrará o mesmo valor de k.

Passo 3

A condutividade térmica de sólidos costuma ser maior do que a de líquidos porque, nos sólidos cristalinos, as moléculas estão presas numa rede ordenada. Isso permite dois mecanismos eficientes de transporte de energia térmica:
  1. Fônons (vibrações coletivas da rede cristalina) propagam energia sem deslocar matéria.
  2. Em metais, elétrons livres carregam energia térmica de forma muito rápida.
    Em líquidos, não há rede fixa nem elétrons livres tão abundantes, então a transmissão de energia se dá principalmente por colisões moleculares e agitação térmica, menos eficiente que em sólidos.

Passo 4

A condutividade térmica de líquidos é maior do que a de gases porque a densidade de moléculas em um líquido é bem maior do que em um gás. Moléculas próximas colidem com frequência, transmitindo energia cinética entre si. Num gás, as moléculas estão muito mais distantes, há bem menos colisões por unidade de volume e, portanto, o transporte de energia térmica por condução é menos eficaz.

Resposta

Material isotrópico: possui propriedades físicas independentes da direção em que são medidas.
Condutividade sólida > líquida: sólidos têm rede cristalina e (nos metais) elétrons livres que transportam energia de modo muito eficiente, ao passo que líquidos dependem só de colisões moleculares.
Condutividade líquida > gasosa: líquidos têm moléculas mais próximas que colidem frequentemente, enquanto em gases as moléculas estão muito espaçadas e trocam menos energia por condução.

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