Condutividade térmica em metais e não metais

(Pré-apresentação)

PUC MG (Coreu)

Aluno

Harlison Felicíssimo Alves

Curso

Física 4° período

Docente

Vania Aguiar Moura

Neste experimento, iremos aplicar naprática o conceito de condutividade térmicapara o aluno, levaremos o aluno a diferenciarbons condutores e maus condutores de calor.Utilizaremos algumas barras metálicas e nãometálicas durante o procedimento aquecendo-as estando envolvidas firmemente com umpapel, isto levará o aluno a se questionarporque os resultados obtidos durante oexperimento foram diferentes para cada tipode barra utilizada.

Demonstrar através de um experimentosimples conceitos relativos a transmissão decalor por meio da condução em metais e nãometais, levar o aluno a verificar e compreendero significado de bom condutor e mal condutorde calor, e qual essa relação com energia.

Calor: é a transferência de energia de um corpopara o outro por causa da diferença detemperatura entre eles (sempre do corpo commaior temperatura para o de menor temperatura)

Condução: O fluxo de calor por condução ocorrevia as colisões entre átomos e moléculas de umasubstância e a subsequente transferência deenergia cinética. Vamos considerar duassubstâncias a diferentes temperaturas separadaspor uma barreira que é removidasubitamente, como mostra a figura abaixo.

Quando a barreira é removida, os átomos "quentes" colidem comos átomos "frios". Em tais colisões os átomos rápidos perdemalguma velocidade e os mais lentos ganham velocidade. Logo, osmais rápidos transferem alguma de sua energia para os maislentos. Esta transferência de energia do lado quente para o ladofrio é chamada de fluxo de calor por condução. Materiaisdiferentes transferem calor por condução com diferentesvelocidades. Esta é uma medida da condutividade térmica.

Condutividade térmica: Condutividadetérmica é uma propriedade física dosmateriais que descreve a habilidade dessa deconduzir calor. E Equivale a quantidade decalor Q transmitida através de uma espessuraL, numa direção normal a superfície de áreaA, devido ao gradiente de temperaturaΔT, sob condições de estado fixo e quando atransferência de calor é dependente apenasdo gradiente de temperatura.

Coeficiente de condutividade térmica: é umacaracterística da natureza domaterial, corresponde à quantidade deenergia, sob a forma de calor, quepassa, num segundo, através de 1m² desuperfície, quando a diferença detemperatura entre o interior e o exterior é de1°C.

Isolantes: são condutores pobres de calordevido a sua dificuldade em transportarenergia de um ponto a outro em suaestrutura molecular.

Material Condutividade térmica (W/m2/°C)

Prata 426

Cobre 398

Alumínio 237

Tungsténio 178

Ferro 80,3

Vidro 0,72 - 0,86

Água 0,61

Tijolo 0,4 - 0,8

Madeira (pinho) 0,11 - 0,14

Fibra de vidro 0,046

Espuma de poliestireno 0,033

Ar 0,026

Espuma de poliuretano 0,020

Material utilizado:• Uma barra de ferro de 30cm;• Uma barra de vidro de 30 cm;• Uma barra de alumínio de 30 cm;• Folhas de oficio ou qualquer tipo de papel em

uma quantidade necessária para ademonstração;

• Uma vela fixa a um suporte;• Fósforos ou isqueiros;• Uma base para suporte das barras durante o

experimento.

Papel envolvendo uma barra metálicaNesta situação, está sendo aquecido

uma barra metálica envolvida por um papel, note que o papel não pega fogo.

Condutividade térmica em metais e não metais.

• Enrole firmemente o pedaço de papel aoredor das barras;

• Acenda a vela, aproxime das barras;

• Verifique se em todas as barras o papel irápegar fogo;

Observações :

• Durante o experimento, o manuseio dachama deverá ser feito com cuidado paraevitar acidentes ;

• O papel deverá ficar bem rente as barras;

• O papel não pode ser enrolado por mais deuma vez, pois assim irá diminuir o contato dopapel com a superfície das barras;

• Será liberado durante o experimento umaquantidade muito pequena de fumaça, porisso recomendamos um ambiente maisaberto e arejado.

Nas barras metálicas, o papel só irá pegarfogo após atingir uma temperatura cerca de230°C (esta temperatura não será medidadurante o experimento, pois esse não seránosso objetivo);

Nas barras não metálicas, perceberá que opapel pegará fogo rapidamente.

O fenômeno demonstrado durante nossoexperimento, é muito bem aplicado em nosso dia-a-diaentre eles estão: a panela possuir um cabo de madeira paraevitar que queimemos as mãos, o uso de uma blusa de lãdurante épocas de frio, as casas tradicionais de inverno doártico que são envolvidas por neve para diminuir a troca decalor entre o meio interno e externo entre outros. Taisconsiderações deverão ser estimuladas durante aapresentação para que o aluno possa por ele mesmo fazeressa relação. Sugerimos também que o durante oexperimento o aluno seja levado a responder perguntassimples antes de cada barra, perguntas do tipo “ será que semudarmos o metal o fenômeno se mantem?” ou “Essefenômeno se repete quando utilizamos barras nãometálicas?”, e ao final elaborar um relatório associando oexperimento com seu cotidiano.

Durante os testes preliminares, foram observados quenas barras metálicas, o papel não pegou fogo, enquanto nosnão metais, o papel pegou fogo com muita facilidade, issopode ser facilmente percebido intuitivamente, pois oconceito introduzido ao aluno antes do experimento provavajustamente isso, como os metais são bons condutores decalor eles tem muita facilidade em absorver calor, fazendocom que seja necessário toda a barras seja aquecida antesdo papel. Isso se dá porque os metais possuem seuselétrons externos mais fracamente ligados que são livrespara transportar energia, o que os torna bons condutores decalor e eletricidade. Enquanto isso não ocorre nas barras nãometálicas (utilizadas no experimento) pois seus elétronsmais externos são fortemente ligados, o que dificulta otransporte de energia, tais materiais são tambémconhecidos como isolante.

Filho, D. A. B., & et al., “QUÍMICA GERAL e TECNOLÓGICAEXPERIMENTAL” UNIBAN, curso de engenhariabásico, 2005;

Furusho , C. & et al., “APERFEIÇOAMENTO DE UMACÂMARA EXPERIMENTAL PARA DETERMINAÇÃO DECONDUTÂNCIAS TÉRMICAS” , ITA , 2010;

Hewitt, P. G. Física Conceitual 11°ed; Schneider, P. & et al., “AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DA

CONDUTIVIDADE TÉRMICA DE BARRASMETÁLICAS”, UFRGS, 2010;

http://www.protolab.com.br/Condutividade_Termica.htm; http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/calor/conducao.html; http://www.youtube.com/watch?v=_uCp0NOts34&feature

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