Condução térmica | Parte I

RKA - Olá, tudo bem, meu amigo ou minha amiga? Seja muito bem-vindo a mais uma aula de ciências da natureza. E, nessa aula, nós vamos conversar sobre a condução térmica que é um fenômeno muito interessante que ocorre com sólidos, líquidos e gases e que também é conhecido como uma das formas de propagação de calor. Mas afinal o que é a condução térmica? Bem, basicamente falando, a condução térmica ocorre quando um corpo ou sistema recebe energia em forma de calor em algum ponto do seu corpo e, consequentemente, essa energia vai se propagar para outras regiões desse corpo através do movimento oscilatório das moléculas que formam esse corpo. Bem, é difícil de compreender isso, não é? Não tem problema. A gente vai começar do início então. Bem, todos os corpos são formados por moléculas. Isso inclui eu, você, a cadeira que você está sentado ou sentada e todos os corpos à sua volta. O ar que você respira também é formado por moléculas. De uma forma geral, podemos dizer que as moléculas estão em constante movimento oscilatório. Ou seja, elas estão vibrando o tempo todo. Imagine aqui essa barra de ferro. Ela é formada por moléculas que estão vibrando o tempo todo. Vou até desenhar essas pequenas moléculas aqui, tá? Imagine que elas estão vibrando, estão oscilando. Uma coisa interessante sobre a vibração dessas moléculas é que nós indicamos o nível de vibração delas através da temperatura do corpo. Então, quanto maior for a temperatura do corpo, maior é o nível de vibração das moléculas que formam esse corpo. E até por isso que a gente costuma dizer que a temperatura é a medida do nível de vibração das moléculas de um corpo. Assim, quanto maior a temperatura desse corpo, maior vai ser o nível de vibração das moléculas que formam esse corpo. Então, se nós temos duas barras de ferro idênticas, mas com temperaturas diferentes, aquela barra que está com maior temperatura terá suas moléculas vibrando mais. Por exemplo, vamos supor que essa primeira barra aqui está com uma temperatura de 20 graus Celsius. E essa segunda está com uma temperatura igual a 50 graus Celsius. As moléculas da segunda barra estão mais agitadas, ou seja, estão vibrando mais do que as moléculas da primeira barra. Conseguiu compreender? Tudo certinho? Até aqui está indo tranquilo? Beleza. O que eu falei até agora é o quê? É que a temperatura mede o nível de vibração das moléculas de um corpo. Assim, quando a temperatura de um corpo aumenta, as moléculas vão vibrar mais. Vão vibrar com nível de agitação maior. Agora, outra coisa que eu posso falar com você é que pelo fato dessas moléculas vibrarem, elas possuem uma coisa chamada energia cinética. A energia cinética é a energia do movimento das coisas, incluindo as moléculas. Então, como essas moléculas estão vibrando, ou seja, se movimentando em torno de um ponto, essas moléculas possuem energia cinética. Um detalhe, essa energia cinética está diretamente relacionada com a temperatura do corpo porque quanto maior a temperatura, mais as moléculas vibram, consequentemente, maior será a energia cinética de cada uma das moléculas que formam o corpo. Outra coisa bem legal também é que como o corpo tem várias e várias e várias moléculas, não dá para medir a energia cinética de cada uma das moléculas com muita facilidade. Então, por isso utilizamos a ideia de energia interna de um corpo que, basicamente, corresponde à soma das energias cinéticas de cada uma dessas moléculas. Assim, fica muito mais fácil medir a energia interna de um corpo, de um gás ou de um sistema do que medir a energia cinética de cada molécula. Sendo assim, meu amigo ou minha amiga, a energia interna está diretamente relacionada com a temperatura de um corpo e o número de moléculas que esse corpo possui. Bem, como assim? Vamos considerar aqui duas barras de ferro novamente, só que essas barras, apesar de serem feitas de ferro, possuem massas diferentes. Vamos dizer que essa barra A aqui possui uma massa de 200 gramas e essa barra B possui uma massa de 400 gramas. Vamos considerar que as duas possuem uma temperatura igual a 30 graus Celsius. Ou seja, as duas barras possuem a mesma temperatura. Bem, se elas possuem a mesma temperatura, então as moléculas que as formam possuem o mesmo nível de vibração. Certo? Como as duas barras são feitas do mesmo material, as moléculas que formam as duas barras são idênticas. Isso é muito importante, tudo bem? É muito importante aqui você se ligar que as moléculas dos dois materiais, das duas barras são idênticas porque elas são feitas do mesmo material. Beleza? Ok. Vamos continuar aqui. Se as moléculas das duas barras são idênticas e se as duas barras possuem a mesma temperatura, a energia cinética de cada uma das moléculas tem o mesmo valor que a energia cinética de todas as outras moléculas. E isso para cada uma das barras. Porém, a barra B possui maior energia interna já que a barra B tem maior número de moléculas, pois a massa da barra B é maior que a massa da barra A. Como a barra B tem maior número de moléculas, ela tem maior energia interna. Então, resumindo a energia interna está relacionada com o número de moléculas que um corpo possui e a temperatura desse corpo. Mas o que isso tudo tem a ver com a condução térmica? Bem, tem tudo a ver. Apesar de ter falado com você que as moléculas de um corpo vibram todas da mesma forma, nem sempre é assim que acontece. Na verdade, tem materiais que tem a facilidade de que todas as moléculas vibrem com o mesmo nível. E mesmo que por um breve momento as moléculas de um corpo vibrem mais que as outras partes, rapidamente as outras começam a vibrar com o mesmo nível. Porém, existem outros corpos que não têm essa facilidade. Mas, antes de entrar nesse assunto, vamos compreender um pouco melhor aqui como funciona a condução térmica. Bem, vamos considerar que temos aqui uma barra de ferro. Sabe? Tipo a ponta de uma faca. Se a gente colocar a ponta da faca no fogo, essa região da barra que está em contato com o fogo vai receber energia em forma de calor desse fogo. Consequentemente, as moléculas que estão em contato com o fogo, que eu vou chamar aqui de região I, vão vibrar mais e a temperatura dessa região vai aumentar. Mas o que acontece com as outras partes da barra de ferro? Bem, as moléculas que não estão em contato direto com o fogo não vão receber essa energia diretamente, mas elas estão próximas às moléculas que estão em contato direto com fogo, nessa região que eu vou chamar de região II. As moléculas dessa região vão receber parte da energia vinda do fogo, mesmo que de forma indireta, já que elas estão próximas a essas moléculas aqui da região I. E, consequentemente, essas moléculas da região II vão vibrar mais elevando a temperatura daquela região. As outras moléculas que estão mais distantes do fogo, nessa região aqui que eu vou chamar de região III, estão distantes das moléculas que estão em contato direto com o fogo. Porém, estão próximas das moléculas que estão próximas às moléculas que estão em contato com o fogo e que receberam parte da energia vinda do fogo mesmo que de forma indireta. Como essas moléculas aqui da região II estarão vibrando mais, elas vão passar parte dessa energia para essas moléculas que estão mais distantes, que estão aqui na região III. Bem, esse processo vai ocorrendo até que todas as moléculas da faca estejam vibrando mais intensamente, com o nível de vibração igual ou muito próximo ao nível de vibração das moléculas que estão em contato direto com o fogo aqui nessa região I. É até por isso, que a gente costuma utilizar o cabo da faca porque se a gente não utilizar esse cabo, provavelmente a nossa mão vai sentir a temperatura da barra de ferro aumentando e, consequentemente, ela vai se queimar. Mas deixe isso daí para gente conversar no próximo vídeo, tudo bem? Enfim, todo esse processo que eu falei aqui com você recebe o nome de condução térmica. Eu não posso deixar de falar com você que a condução térmica é o processo de transferência de energia através de um meio material. Sendo assim, a energia térmica ou calor se propaga de partícula para a partícula do meio, mas sem que haja o transporte de matéria, já que as moléculas não saem do lugar. Elas apenas vibram mais. Um detalhe, a condução até ocorre nos líquidos gases, como falei com você aqui no início desse vídeo, mas quem, realmente, realiza uma condução com eficiência são os materiais sólidos. Mas todos eles? Na verdade, não. Existem materiais que são bons condutores térmicos e materiais que não são tão bons condutores. Esses, inclusive, são chamados de isolantes térmicos. Mas isso é algo que a gente vai conversar na próxima parte dessa aula. Tudo bem? Então, quero deixar aqui para você um grande abraço e falar que te aguardo aqui para a próxima parte dessa aula. Então, até a próxima.