Condutividade é a capacidade de um corpo ou material de transmitir calor. Ao fazer isso, ele se move através de um objeto sólido ou de um objeto para outro, porque ambos estão em contato um com o outro. Esta é a única maneira de o calor passar por todo o corpo. Surge a pergunta: “Como o ar e outros materiais conduzem o calor?” Descubra no artigo!
Condutividade térmica
A capacidade de transferir calor dentro de um objeto é chamada de condutividade térmica. Esta propriedade é denotada pela letra k, e é medida em W / (m × K). Os valores de condutividade térmica variam para diferentes materiais. Assim, ouro, prata e cobre têm alta condutividade térmica. A propósito, esses materiais também são bons condutores de eletricidade. Como o ar conduz o calor? A resposta é curta: é um mau condutor. A alta condutividade do ouro, prata e cobre se deve ao fato de que os elétrons responsáveis pela transferência de carga também participam da transferência de energia térmica.
Mas materiais como vidro e lã mineral têm baixa condutividade térmica. Isso se explica pelo fato de possuírem pouquíssimos elétrons "livres" para a transferência de energia térmica no interior do sólido. Materiais deste tipo são chamados de isolantes. A taxa de transferência de calor (ou seja, a taxa de movimento da energia térmica) depende diretamente da condutividade térmica, diferença de temperatura e área de contato e material que o corpo possui. Pela mesma razão, não se pode dizer que o ar conduz bem o calor.
Se o material é um bom condutor de calor, então ele se move rapidamente pelo corpo. Os metais são amplamente utilizados para fins de transferência de calor, pois possuem propriedades que permitem que o calor circule enquanto, simultaneamente, suportam as temperaturas extremas associadas ao aquecimento.
São os elétrons que são responsáveis pela transferência de energia térmica, assim como pela carga elétrica. Portanto, os metais são bons condutores de calor e eletricidade! É aqui que está a resposta para a pergunta: “Por que o ar é um mau condutor de calor?”
No entanto, não confunda condutividade elétrica (que está relacionada à carga dos elétrons) quando você quer dizer condutividade térmica (que está relacionada à transferência de energia do elétron).
Provamos por experiência
Tente segurar uma ponta de uma haste de metal sobre uma chama - depois de alguns minutos ela vai esquentar.
Agora segure a ponta de uma vara de madeira em uma chama e a ponta ficará tão quente que acabará pegando fogo. No entanto, a ponta da vara para a qualvocê espera, fique relativamente calmo.
O calor não se espalha por todo o volume do corpo devido à sua composição: sua estrutura dificulta a transferência de calor dos elétrons através do material.
Assim, a experiência cotidiana mostra que a madeira não é um bom condutor de calor. Se você já viu uma seção de madeira sob um microscópio, provavelmente notou a estrutura da madeira: é composta de células individuais que atuam como isolantes porque não estão interconectadas. As células estão espalhadas como pedras em um riacho. O calor viaja muito mais lentamente através desse material do que nos metais, onde os átomos estão ligados em uma "rede" tridimensional.
O ar é um mau condutor de calor. A experiência da vida cotidiana mostra: lembre-se da estrutura das janelas. Eles sempre consistem em pelo menos dois copos, entre os quais há uma "almofada" de ar. Esta camada ajuda a manter o calor na sala sem deixá-lo sair.
Então, se a energia térmica é aplicada diretamente a uma parte de um objeto sólido, os elétrons no objeto ficam excitados. Isso resulta em vibrações de rede atômica que viajam através do objeto, aumentando a temperatura à medida que passam. Quanto mais próximos os links dentro de um sólido, mais rápida a transferência de calor.
Líquidos são maus condutores de calor
Se você fixar um cubo de gelo no fundo de um tubo de ensaio com água (você precisa usar um peso para fazer isso, caso contrário ele flutuará na superfície, entãocomo o gelo tem uma densidade menor que a da água) e então aqueça a água na parte superior do tubo, você verá que a água ferverá na parte superior do tubo e o cubo de gelo permanecerá congelado.
Isso se deve ao fato de que a água é um mau condutor de calor. A maior parte do calor se moverá em uma corrente de convecção dentro da água na parte superior do tubo, apenas uma pequena parte dele afundará no cubo de gelo.
Como o ar conduz o calor?
Ar é uma coleção de gases. Embora seja excelente para convecção, a quantidade de calor que pode transferir é mínima porque a pequena massa de matéria não consegue armazenar muito calor - razão pela qual não é considerado um bom condutor. As propriedades isolantes do ar são usadas pela humanidade na vida cotidiana. Assim, eles são usados para isolar refrigeradores nas paredes de um edifício. Mesmo o trabalho de uma garrafa térmica é baseado no fato de que o ar não conduz bem o calor. Existem realmente muitos exemplos!
Então, o que está causando esse fenômeno? Como o ar não é denso, há uma certa quantidade de massa disponível para transferir energia térmica por condução. Portanto, é um mau condutor, mas um excelente isolante. No entanto, a resposta à pergunta: “O ar conduz calor?” - não tão inequívoco. Então, considere os seguintes fenômenos.
Radiação é a transferência de energia através de ondas ou partículas excitadas. O ar cria uma lacuna térmica que não permite que a energia térmica a supere. O calor deve ser irradiado da superfície parapartículas de ar, então ele deve ser irradiado do ar para a superfície oposta. O calor se move muito lentamente entre os três materiais, e a maior parte da energia térmica transferida é absorvida no ar.
Convecção é o movimento de calor através de um líquido ou gás devido a uma diminuição na densidade devido à absorção de calor. Neste caso, as propriedades do ar tornam-se extremamente úteis. Ele também se move para cima transferindo calor de um recipiente ou espaço isolado. Portanto, a convecção é usada para remover o calor e pode ser usada para resfriar a superfície. A distribuição de calor por convecção no ar é um tanto ineficiente, porém é usada para muitos propósitos de resfriamento. Sim, o ar é um mau condutor de calor.
Exemplos de isolamento
O isolamento é usado para muitos propósitos. Algumas delas incluem resfriar bebidas e alimentos, criar espaços de ar nas paredes e introduzir bolsas de ar nos utensílios de cozinha. As características de como o ar conduz o calor se aplicam até mesmo à espuma isolante.
Conclusão
Condutividade é a passagem de calor através de um corpo sólido. Difere do fenômeno de convecção em que nenhum movimento de matéria ocorre no processo. Agora sabemos se o ar conduz bem o calor e por quê.
