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Fluxo de calor
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Para examinar como o calor se transfere nos corpos, vamos analisar a seguinte situação: consideremos que uma barra de metal de comprimento L a área se seção transversal A acha-se inicialmente à temperatura uniforme T. Em certo instante, coloca-se sua extremidade direita em contato com um corpo mantido a uma temperatura constante T1 e a esquerda com outro corpo mantido a uma temperatura mais alta, T2. O restante da barra é envolvido por um material não condutor de calor, como indicado ao lado:
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Após um tempo suficientemente longo, durante o qual as extremidades foram mantidas em T1 e T2, observa-se que a temperatura em pontos intermediários da barra decresce uniformemente com a distância da extremidade quente para a extremidade fria. Em cada ponto, no entanto, a temperatura permanece constante no tempo. Ou seja, podemos dizer que entre as extremidades da barra temos um fluxo estacionário de calor.
Esta experiência mostra que a taxa deste fluxo de calor (denominado f) através da barra, neste estado estacionário, é proporcional à área A, à diferença de temperatura (T1 - T2) e inversamente proporcional ao comprimento da barra. Estas proporções podem ser convertidas em uma equação que apresenta uma constante de proporcionalidade , cujo valor numérico depende do material da barra.
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| Esta constante é a condutividade térmica do material, a lei em questão é a Lei de Fourier: |
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Unidades de Medida do Fluxo de Calor
No Sistema Internacional de Unidades, a unidade da taxa de fluxo de calor é o joule por segundo (J/s), embora outra unidade, como a caloria por segundo, também seja usada.
Unidades de Medida da Condutividade Térmica
No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de condutividade térmica é o joule por segundo por metro por grau Celsius (J s-1 m-1 oC-1).
A condutividade térmica de maioria dos materiais é função da temperatura, aumentando suavemente a medida que esta aumenta, esta variação sendo no entanto pequena e freqüentemente pode ser desprezada. Alguns valores numéricos de , à temperatura ambiente, são apresentados na tabela abaixo. Podemos percebe que os bons condutores têm altos valores para e os bons isolantes apresentam valores muito menores para k:
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Exemplos
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| Material |
Condutividade Térmica k (cal/s cmºC) |
| Ar seco |
0,00006 |
| Lã |
0,00009 |
| Papel |
0,0003 |
| Água |
0,0014 |
| Vidro |
0,0015 |
| Concreto |
0,0025 |
| Gelo |
0,0045 |
| Ferro |
0,17 |
| Latão |
0,26 |
| Alumínio |
0,50 |
| Ouro |
0,70 |
| Prata |
0,97 |
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