Condução Térmica
Entendemos por condução térmica a troca de calor ocorrida entre corpos sólidos em seu interior, seja por aquecimento direto ou pelo contato entre dois corpos. Como exemplo, pensemos em uma barra de qualquer material sólido, como o ferro. Se aquecermos uma de suas extremidades, numa fonte de calor como uma chama, e segurarmos na extremidade oposta, perceberemos que depois de um tempo a ponta que está em contato com nossa mão também estará aquecida, e é essa condução do calor através da barra de ferro que entendemos por condução térmica.
Para que haja o fenômeno da condução térmica é necessário um meio material para que ocorra a propagação. Cada tipo de material possui uma densidade específica, e assim, o potencial condutivo varia de acordo com o tipo de material. No exemplo anterior, o ferro é bastante denso, logo, conduz bem o calor. Outros materiais, menos densos, como a borracha, apresentam um número menor de moléculas e assim, a propagação é dificultada.
Podemos comprovar essa diferença de condutibilidade na cozinha de nossas casas, onde as panelas, de ferro ou alumínio, possuem cabos de madeira ou de plástico. Isso possibilita que possamos preparar os alimentos sem que o calor seja transmitido para o cabo, trazendo segurança ao processo.
Tipos de condução térmica: condução, convecção e irradiação
Já vimos que a troca de calor se dá mais visivelmente em materiais sólidos, portanto, em meios líquidos e gasosos acontece a condução térmica, mas de maneira mais lenta e logo, no vácuo, a condutibilidade térmica é nula. Os principais tipos de condução se dão por três processos, a condução, a convecção e a irradiação. Por definição, calor é a energia térmica em movimento e para que haja a troca, é necessário que a temperatura entre os dois corpos envolvidos seja diferente e o calor tende a se transferir do corpo mais quente para o menos quente. Quando os corpos mantém temperatura constante, ou seja, há equilíbrio entre o calor cedido e o calor recebido, essa transferência se estabiliza. Vejamos cada um destes tipos:
Condução térmica
É o processo mais comum de transferência de calor, como no exemplo que utilizamos no início do texto, o da barra de ferro. A transferência por condução se dá devido à agitação das moléculas do material, que conduz o calor produzido por essa agitação por todas as moléculas, até que toda a barra esteja aquecida, de uma extremidade a outra. De acordo com a constituição dos átomos dos materiais, podemos classificá-los como condutores ou isolantes do calor. Nos metais, por exemplo, o processo de transferência é rápido, portanto são bons condutores. Já em materiais como a lã de vidro ou a borracha, esse processo é bastante lento, logo, são classificados como isolantes térmicos.
Convecção térmica
Esse tipo de propagação de calor ocorre principalmente nos fluidos e por conta das diferentes densidades entre as partes que fazem parte do processo. O exemplo mais claro é o da geladeira, esse equipamento indispensável nas casas de todos nós. Os alimentos são resfriados por convecção, da seguinte maneira: o ar quente é menos denso que o ar frio. Portanto, o congelador, posicionado na parte superior do equipamento, fornece o ar frio, que por convecção, troca de lugar com o ar quente do restante da geladeira, que é mais quente. É essa corrente de convecção que leva o ar quente para cima e faz com que o ar frio desça, resfriando os alimentos e mantendo-os conservador. Da mesma maneira, e utilizando a convecção térmica, os aquecedores de ambientes devem ser colocados na parte baixa dos ambientes, para que o aquecimento seja mais eficiente.
Irradiação térmica
Os dois meios anteriores precisam necessariamente de um meio material para que haja a propagação do calor. Já no caso da irradiação, não há essa necessidade, pois são a propagação se dá através dos raios infravermelhos, também nominados de ondas eletromagnéticas. Esse tipo de propagação é responsável pela vida na Terra, já que é o meio utilizado pelo Sol para aquecer o planeta. Como outro exemplo, temos a garrafa térmica, que se utiliza dos três meios de propagação do calor para manter o líquido aquecido. Vejamos esse caso com mais atenção: a estrutura da construção da garrafa térmica reduz ao máximo a propagação do calor. Entre as paredes há um vácuo, que não permite que o calor se propague por condução. As paredes internas são espelhadas, por dento e por fora, fazendo com que os raios infravermelhos sejam refletidos. E completando o processo, a tampa, que veda hermeticamente o tubo interno, impede a propagação do calor por convecção.
Como vimos, a condução térmica faz parte de nosso cotidiano, e os exemplos são muitos. O conhecimento das características e utilidades da propagação do calor possibilitou a fabricação de inúmeros aparelhos, que permitem que possamos manipular essa transferência de calor com inúmeras utilidades práticas.