1. Definição de transferência de calor por condução
Se você se sentar em uma cadeira de madeira, a superfície dela ficará quente. Por outro lado, se você se sentar em uma cadeira de plástico ou metal, a superfície não ficará quente depois de você se sentar. Por que a superfície da cadeira de madeira aquece, enquanto a da cadeira de metal não? Por que dormir no chão frio sem colchão pode causar dor? Você já usou uma jaqueta anti-frio? Por que a maioria das jaquetas anti-frio são feitas de lã? Ainda há muitas coisas a serem consideradas e questionadas relacionadas ao tema da transferência de calor por condução.
Quando uma parte de um objeto a alta temperatura entra em contato com um objeto a baixa temperatura, a energia se move do objeto a alta temperatura para a parte a baixa temperatura. A adição de energia faz com que os átomos e moléculas se movam mais rapidamente. Ao se moverem, as moléculas possuem energia cinética (EC = 1/2 mv² ) . As moléculas que se movem mais rapidamente (maior energia cinética) colidem com as moléculas próximas. Uma molécula colide com outra molécula próxima. E assim por diante. Portanto, as moléculas colidem umas com as outras enquanto transferem energia. A transferência de calor que ocorre por meio de colisões entre as moléculas do objeto é chamada de transferência de calor por condução.
2. A equação da transferência de calor por condução
O objeto localizado à esquerda tem uma temperatura mais alta (T).1) enquanto o objeto localizado à direita tem uma temperatura mais baixa (T2). Devido à diferença de temperatura (T1 - T2), o calor se move de um objeto de alta temperatura para um objeto de baixa temperatura (a direção do fluxo de calor para a direita). O objeto atravessado pelo calor tem uma área de seção transversal (A) e um comprimento (l).
Com base nos resultados do experimento, o calor que se move durante um determinado intervalo de tempo (Q/t) é diretamente proporcional à diferença de temperatura (T 1 – T 2 ),
A área da seção transversal (A), a natureza de um objeto (k = condutividade térmica) e é inversamente proporcional ao comprimento do objeto. A fórmula para transferência de calor por condução é:
Descrição: Q/t = taxa de transferência de calor, k = condutividade térmica, A = área da seção transversal, T 1 = temperatura alta, T 2 = temperatura baixa, l = comprimento do objeto.
3. A condutividade térmica (k)
Por que a maioria dos utensílios de cozinha é feita de alumínio? Se você segurar o ferro com a mão esquerda e o vidro com a direita, ambos entrarão em contato com o fogo. Qual mão, esquerda ou direita, sente mais rapidez? Essas e outras perguntas que você possa ter estão relacionadas à condutividade térmica dos objetos. A condutividade térmica de um objeto é a sua capacidade de conduzir calor através dele. Objetos com alta condutividade térmica (k) são bons condutores de calor. Por outro lado, objetos com baixa condutividade térmica são maus condutores de calor.
4. Aplicação da transferência de calor por condução
Por que o piso cerâmico parece mais frio que o carpete? Os pisos cerâmicos têm uma condutividade térmica maior que a do carpete. Portanto, o piso cerâmico é um bom condutor de calor, enquanto o carpete é um mau condutor de calor. Quando caminhamos sobre o carpete, o calor flui dos pés em direção ao carpete. Isso acontece porque a temperatura do nosso corpo é mais alta que a temperatura do carpete. O carpete é um mau condutor de calor, então o calor que flui dos nossos pés se acumula na superfície do carpete, fazendo com que ele fique mais quente. Quando caminhamos sobre um piso cerâmico, o calor flui do pé para o piso. Como o piso cerâmico é um bom condutor de calor, o calor não fica retido na superfície. O calor flui suavemente, fazendo com que nossos pés pareçam mais frios.
Dormir no chão da casa sem um colchão pode causar dor. Por quê? Isso se deve à quantidade de calor que se transfere do corpo para o chão. Calor é energia em movimento. Quando o corpo perde muito calor, a energia corporal diminui. Com falta de energia, você pode ficar doente!
Quais são as funções das janelas e portas? Por que as portas e janelas devem ser feitas de madeira? À noite, a temperatura externa da casa é mais baixa do que a temperatura interna. Essa diferença de temperatura faz com que o calor se mova de dentro para fora da casa. Portanto, geralmente fechamos as portas e janelas à noite. O ar retido na parte interna da janela ou porta funciona como um bom isolante térmico. Quanto menor a condutividade térmica de um objeto, mais difícil é a transferência de calor por condução através dele.
Além de manter nosso status como seres humanos civilizados e normais, as roupas também têm a função de manter nossa temperatura corporal estável. As roupas que usamos são geralmente ajustadas à temperatura do ar. Quando a temperatura do ar está baixa o suficiente, as roupas que usamos são mais grossas. Cobertores ou roupas grossas (jaquetas, etc.) impedem a circulação do ar. O ar fica preso entre a pele e a jaqueta ou o cobertor. Como há uma diferença de temperatura entre o nosso corpo e o ar preso, o calor se move do corpo para o ar. O calor adicional do corpo faz com que a temperatura do ar preso aumente (o ar fica mais quente). O valor da condutividade térmica do ar é mínimo. Portanto, o calor não consegue sair do corpo. Nossa temperatura corporal também é mantida. Se não usarmos um casaco quando o ar estiver frio o suficiente, o calor sairá do nosso corpo. Quanto mais calor sair do corpo, mais energia o corpo perde!
