O que é necessário para que ocorra a transferência de calor por condução térmica?

Condução, convecção e irradiação são diferentes processos de propagação do calor. A definição de calor é energia térmica em trânsito, ou seja, está em constante movimentação e transferência entre os corpos do universo. No entanto, para que ocorra transferência de calor entre dois corpos é necessário que ambos possuam diferentes temperaturas, pois dessa forma, o calor irá fluir sempre do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura.

Índice Show

O que é a condução térmica
Diferença entre condução, convecção e irradiação térmica
Tipos de condutores térmicos
Vídeos sobre condução térmica
Referências
O que é necessário para que aconteça a transferência de calor por condução?
Como ocorre a transmissão de calor durante a condução térmica?
Como funciona o processo de condução térmica?

A condução térmica

Tipo de propagação do calor que consiste na transferência de energia térmica entre as partículas que compõe o sistema. Por exemplo: coloca-se uma das extremidades de uma barra metálica na chama de fogo. Após alguns instantes, percebe-se que a outra extremidade também esquenta, mesmo estando fora da chama de fogo. Esse fato ocorre porque as partículas que formam o material receberam energia e, dessa forma, passaram a se agitar com maior intensidade. Essa agitação se transfere de partícula por partícula e se propaga em toda a barra até alcançar a outra extremidade.

Esse tipo de transferência ocorre com maior ou menor facilidade dependendo da constituição atômica do material, a qual faz com que ele seja classificado condutor ou isolante de calor. Nas substâncias condutoras esse processo de transferência acontece mais rápido como, por exemplo, nos metais. Já nas substâncias isolantes, como na borracha e na lã, esse processo é muito lento.

A convecção térmica

É o tipo de propagação do calor que ocorre nos fluidos em geral em decorrência da diferença de densidade entre as partes que formam o sistema. Por exemplo: na geladeira os alimentos são resfriados dessa forma. Como sabemos, o ar quente é menos denso que o ar frio e é por esse motivo que o congelador fica na parte de cima da geladeira. Dessa maneira, formam-se as correntes de convecção: o ar quente dos alimentos sobe para ser resfriado e o ar frio desce refrigerando os alimentos, mantendo-os sempre bem conservados. Essa também é a explicação do porquê o ar condicionador ser colocado na parte de cima de um ambiente.

A irradiação térmica

A condução e a convecção são formas de propagação de calor que para ocorrer é necessário que haja meio material, contudo, existe uma forma de propagação de calor que não necessita de um meio material (vácuo) para se propagar, esta é a irradiação térmica. Esse tipo de propagação do calor ocorre através dos raios infravermelhos que são chamadas ondas eletromagnéticas. É dessa forma que o Sol aquece a Terra todos os dias, como também é o meio que a garrafa térmica mantém, por longo tempo, o café quentinho em seu interior.

A garrafa térmica é construída de forma que os três processos de propagação de calor sejam reduzidos ao máximo. Entre suas paredes há o vácuo, o qual impede a propagação do calor por condução. Estas são espelhadas tanto internamente quanto externamente, de forma que os raios infravermelhos sejam refletidos e por último temos a tampa. Esta última quando bem fechada evita o processo de propagação por convecção. Construída dessa maneira, a garrafa térmica mantém sempre bem quentinho o café ou o chá.

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Se uma barra de ferro está próxima ao fogo, ela esquentará a partir da parte que está mais perto da chama. Esse processo de transferência de calor é chamado de condução térmica.

O que é a condução térmica

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A condução térmica é um processo de condução de calor. Isso acontece devido à diferença de temperatura entre as pequenas porções do material. Dessa maneira, na condução a energia térmica se transfere entre os átomos e as moléculas de uma determinada substância, sem haver a transferência de matéria. Esse processo acontecerá até que o corpo atinja o equilíbrio térmico.

Relacionadas

Esse processo acontece em todos os estados físicos da matéria. Apesar disso, ele é mais comum nos sólidos. Isso acontece devido à posição fixa dos átomos. Dessa forma há a troca de energia térmica, sem que haja transferência de matéria.

Como ocorre a condução térmica

Quando há a interação entre moléculas que se encontram a diferentes temperaturas acontece o processo de condução térmica. Dessa forma, ao aquecer um corpo, as moléculas mais agitadas transferem sua energia cinética para as moléculas da vizinhança. Por conta desse fenômeno, a temperatura aumenta de maneira gradativa a partir das regiões de maior temperatura até as regiões de menor temperatura. Ao fim do processo, todo o corpo possuirá a mesma temperatura. Essa etapa é chamada de equilíbrio térmico.

A condução de calor raramente acontece em fluidos, devido à convecção térmica. Porém, nos sólidos a condução acontece por meio da vibração das redes cristalinas de moléculas. Além disso, nos sólidos metálicos, a condução ainda ocorre pela propagação de vibrações devido ao movimento dos elétrons livres.

Diferença entre condução, convecção e irradiação térmica

Os processos de propagação do calor são três: condução, convecção e irradiação. Existem diversas diferenças entre cada um desses processos. As únicas semelhanças são que todos transportam energia térmica e, também, todos necessitam de uma diferença de temperatura para ocorrer.

Irradiação térmica

O calor do Sol chega à Terra devido à irradiação térmica. Fonte: Wikimedia

A irradiação térmica (ou radiação térmica) é a propagação de calor por meio de ondas eletromagnéticas. Dessa maneira, esse processo de propagação do calor pode acontecer no vácuo. É por meio de irradiação térmica que o Sol envia calor para a Terra.

Condução térmica

Um metal é um condutor de calor. Fonte: Wikimedia

Quando há o contato direto entre as moléculas, ocorre a condução térmica. Nesse processo de transmissão de calor não há transferência de matéria. Não pode acontecer no vácuo

Convecção térmica

A convecção térmica acontece em fluidos. Fonte: Wikimedia

Ocorre apenas em fluidos e, apenas em meio materiais. Isto é, não pode acontecer no vácuo. Nesse tipo de propagação de calor acontece a transferência de matéria entre as correntes de convecção.

Note que os três tipos de processos de transmissão do calor podem acontecer ao mesmo tempo. Por exemplo, quando acendemos uma fogueira. A chama irradia calor, acontecem correntes de convecção no ar e, por fim, a condução acontece em qualquer material sólido colocado próximo ao fogo.

Tipos de condutores térmicos

Para que o calor se propague em um meio sólido, é necessário considerar o material do meio. Afinal, existem condutores e isolantes térmicos.

Condutores são aqueles que são capazes de transferir o calor com facilidade. Já os isolantes são aqueles que dificultam a transferência de energia térmica. Veja alguns exemplos de condutores térmicos:

Prata
Alumínio
Aço
Latão
Cobre

Em geral, metais são bons condutores térmicos. Já materiais como o isopor, o vidro, a lã de vidro, a borracha são isolantes térmicos.

Vídeos sobre condução térmica

Veja vídeos selecionados sobre condução térmica para aprofundar seu conhecimento sobre o tema!

Condução térmica em metais

Os metais são ótimos condutores de calor. Veja uma demonstração experimental da condução térmica em diferentes metais. Com isso, observe a maneira com a qual o calor se propaga nos diferentes materiais.

O que é condução térmica?

Condução térmica é um assunto muito cobrado no Enem. Pensando nisso, o canal Chama o Físico explica como ocorre a condução térmica e, ainda fala sobre as propriedades físicas dos isolantes e condutores térmicos.

Propagação de calor

O professor Marcelo Boaro explica como ocorre a propagação de calor por meio da condução térmica. Ao fim da videoaula, o Boaro resolve um exercício de aplicação sobre o tema.

Além da condução térmica, existem outras maneiras do calor se propagar. Para entendê-las, veja o post sobre a propagação de calor.

Referências

YOUNG, H. D. Física II – Termodinâmica e ondas. São Paulo: Addison & Wesley. 2016.

Por Hugo Shigueo Tanaka

Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).

Como referenciar este conteúdo

Tanaka, Hugo Shigueo. Condução Térmica. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/conducao-termica. Acesso em: 05 de November de 2022.

Exercícios resolvidos

1. [FGV]

O calor pode se propagar por meio de três processos, condução, convecção e radiação, embora existam situações em que as condições do ambiente impedem a ocorrência de alguns deles. Um exemplo é a impossibilidade da…:

a) radiação na superfície de Mercúrio, onde não há atmosfera.
b) convecção na superfície da Lua, onde não há qualquer substância na forma líquida ou gasosa.
c) convecção na atmosfera de Vênus, pois nela o efeito estufa é muito intenso.
d) condução no interior dos oceanos terrestres, pois as correntes marítimas favorecem a convecção.
e) radiação na atmosfera da Terra, pois o calor é absorvido pelos gases que a compõem.

Alternativa correta: B.

A convecção, ao contrário da radiação, necessita de um meio para se propagar. Como a lua não possui atmosfera, não é possível que haja a convecção.

2. [Feevale]

Enquanto você está fazendo esta prova do vestibular, está transferindo energia do seu corpo para o ambiente por meio da dissipação de calor. Essa dissipação poderá ocorrer por quais mecanismos de transporte?

a) Dissipação volumétrica, radiação e convecção.
b) Condução, convecção e dissipação fractal.
c) Convecção, condução e radiação.
d) Radiação corpuscular, convecção e contração.
e) Convecção, condução e capilarização.

Alternativa correta: C.

As três maneiras de dissipação do calor são: condução pelo contato do corpo com a cadeira e a carteira, convecção pela transferência de calor para o ar ao redor e radiação (ou irradiação) pelo infravermelho pelo corpo.

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O que é necessário para que aconteça a transferência de calor por condução?

Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, as moléculas do corpo mais quente, colidindo com as moléculas do corpo mais frio, transferem energia para este. Esse processo de condução de calor é denominado condução.

Como ocorre a transmissão de calor durante a condução térmica?

Condução Térmica: A energia calorífica é transmitida por meio de corpos sólidos que aquecem, seja pelo calor do fogo, ou pelo contato com outro mais quente. Assim, quando aquecemos um corpo sólido, a energia cinética aumenta e consequentemente, a agitação das moléculas.

Como funciona o processo de condução térmica?

Denomina-se condução térmica o processo de transferência de calor em que as partículas de uma região com maior temperatura transferem sua agitação térmica para as partículas de uma região vizinha com temperatura inferior. A condução térmica depende do material de que um determinado objeto é feito.