Sobre as propriedades dos materiais metálicos, responda:
O que explica a alta condutividade térmica dos materiais metálicos?

Passo 1

O enunciado pergunta por que metais apresentam alta condutividade térmica. O conteúdo envolve condução de calor em sólidos, destacando os mecanismos de transporte (fônons e elétrons livres) e o modelo de elétrons livres de Drude, além da relação de Wiedemann–Franz.

Passo 2

Em sólidos, a condução térmica ocorre por dois mecanismos principais: transporte de energia pelas vibrações da rede cristalina (fônons) e pelo transporte de energia conduzido por portadores de carga (elétrons livres). Em materiais não metálicos, dominam os fônons; em metais, predominam os elétrons livres.

Passo 3

No modelo de Drude, o metal contém uma elevada densidade de elétrons livres que se movem quase livremente entre íons positivos. Cada elétron carrega energia térmica adicional quando difunde, resultando em transporte eficiente de calor. A grande densidade de elétrons livres e o longo caminho livre médio favorecem esse transporte.

Passo 4

A lei de Wiedemann–Franz quantifica a ligação entre condutividade térmica \kappa e condutividade elétrica \sigma. Para metais, vale aproximadamente
\frac{\kappa}{\sigma\,T} = L
onde T é a temperatura absoluta e L é a constante de Lorentz. Essa relação mostra que quem conduz bem eletricidade (elétrons livres) também conduz bem calor.

Resposta

A alta condutividade térmica dos metais se deve ao transporte de energia pelas densas nuvens de elétrons livres, que apresentam longo caminho livre médio e carregam calor com grande eficiência, conforme descrito pelo modelo de Drude e evidenciado pela lei de Wiedemann–Franz.

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