Transferencia de calor

Transferência de calor
(* Preparado por C.A. Bertulani para o projeto de Ensino de Física a Distância)
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Condução
O fluxo de calor por condução ocorre via as colisões entre átomos e moléculas de uma substância e a subsequente transferência de energia cinética. Vamos considerar duas substâncias a diferentes temperaturas separadas por uma barreira que é removida subitamente, como mostra a figura abaixo.

Transferência de calor por condução

Quando a barreira é removida, os átomos "quentes" colidem com os átomos "frios". Em tais colisões os átomos rápidos perdem alguma velocidade e os mais lentos ganham velocidade. Logo, os mais rápidos transferem alguma de sua energia para os mais lentos. Esta transferência de energia do lado quente para o lado frio é chamada de fluxo de calor por condução.
Materiais diferentes transferem calor por condução com diferentes velocidades. Esta é uma medida da condutividade térmica.

Condutividade térmica

Se envolvermos um objeto a uma temperatura T2 com uma camada de um material, de modo a isolá-lo do ambiente externo a uma temperatura T1, então a condutividade térmica do material isolante determina a rapidez com que o calor fluirá através dele.

A condutividade térmica k é definida através da equação
DQ/Dt = - k A DT/Dx [6.1]
DQ/Dt é a taxa com que o calor flui através da área A, em Joules por segundo, ou Watts. DT/Dx é a mudança de temperatura por unidade de distância Dx em graus Kelvin, ou Celsius, por metro. A condutividade térmica k é uma propriedade do material.
Suponha que coloquemos um material entre dois reservatórios a diferentes temperaturas, como mostra a figura abaixo.

Medida da condutividade térmica

Vamos agora medir o fluxo de calor, DQ/Dt , através do material por unidade de tempo. Conhecendo a área transversa, A, e o comprimento, L, e a condutividade térmica do material, k,