Condutividade térmica do metal e da madeira

RKA2G Quero propor a você uma experiência simples e bastante interessante. Procure pelo seu quarto alguma coisa de madeira, ou talvez de papel, ou mesmo uma roupa que esteja há algum tempo aí no quarto, ou seja, à mesma temperatura do ambiente. E também procure alguma coisa feita de metal nas mesmas condições, ou seja, que esteja há algum tempo e, portanto, na mesma temperatura do ambiente em que você se encontra. Claro, nenhum desses objetos podem ter uma fonte de energia própria, então não use, por exemplo, o computador. Agora, toque os dois ao mesmo tempo. O que você deve ter percebido é que, mesmo que ambos estivessem há um tempo aí no quarto e, portanto, à mesma temperatura, o metal vai te dar a impressão de estar mais frio. E isso constitui um certo enigma, certo? Já que, se eles estão na mesma temperatura porque estão há algum tempo no quarto, como um pode parecer mais frio que o outro? Vamos dizer que o quarto está à temperatura de aproximadamente 20 graus Celsius. A temperatura do corpo fica em torno dos 37 graus Celsius. Na verdade, a temperatura na superfície da sua pele é um pouco diferente disso, mas vamos assumir que está todo o seu corpo a 37 graus Celsius. Mas o que acontece, de fato, é que esse pedaço de metal não está mais frio que a madeira. Tanto o metal quanto a madeira estão no quarto há algum tempo, então, ambos com a mesma temperatura, de aproximadamente 20 graus Celsius. Então, por que, para você, o metal parece mais frio? E a resposta simples para isso é que o metal é mais eficiente para retirar o calor do seu corpo. E por que o metal retira mais eficientement o calor do meu corpo? Vamos imaginar aqui. Vamos dizer que estas são as moléculas, são os átomos da superfície da nossa pele. Aqui está a minha mão, meu dedão... Minha mão está tocando essa superfície do metal, por exemplo. Nós sabemos que os átomos, as moléculas da minha pele, estão vibrando de maneira a garantir uma temperatura de aproximadamente 37 graus Celsius. Vou indicar aqui com esses vetores. Então, elas estão se agitando, têm uma energia cinética, que é o que indica a temperatura do corpo. E eu vou supor a minha mão tocando as duas superfícies ao mesmo tempo. Eu tenho aqui, em amarelo, a superfície da madeira e aqui, em branco, a superfície metálica. Vou desenhar aqui o resto da minha mão. E aqui um trecho do meu braço. Agora você já pegou a ideia, já sabe do que estou falando. Vou desenhar aqui o que podemos usar para representar as moléculas da madeira. Temos aqui umas moléculas, aqui há espaços entre elas, aqui mais espaços, vou desenhar mais algumas aqui. Vamos ver, aqui mais moléculas. Aqui mais algumas outras, há espaço entre as moléculas aqui. Isto aqui deve ser a madeira, representa a madeira. Agora vou desenhar o metal. O metal é muito mais denso que a madeira. Vou fazer o metal em branco. O metal aqui mais denso, todas as moléculas mais juntas. Ele é mais liso, não há buracos para o ar assim como havia na madeira. E aqui estão várias moléculas do metal. E o que vai acontecer? Nós já sabemos que haverá transferência de energia térmica do sistema com maior temperatura para aquele com menor temperatura. Claro que as moléculas da madeira já têm alguma energia cinética, vou desenhar aqui. A ideia é consistente com os 20 graus Celsius que é a temperatura ambiente no quarto, portanto, a mesma temperatura da madeira. Agora que já desenhei essa setas nas moléculas de madeira, vou fazer o mesmo nas moléculas do metal. Temos que ter as setas indicando a mesma temperatura das moléculas no metal e na madeira, porque elas estão na temperatura ambiente, ou seja, têm a mesma energia cinética média das moléculas. Aqui estão elas, todas indicadas, algumas com as setas para que eu possa perceber o que está acontecendo. Vamos ver como isso se relaciona com a nossa pele. Sei que a minha pele está mais quente, tanto com relação ao metal quanto à madeira. Minha mão tem uma energia cinética média maior que a madeira e o metal. Os átomos da minha mão vão se chocar com os átomos da madeira e do metal. Vamos olhar para a transferência de energia cinética da minha mão para a madeira primeiro. Você pode perceber que a minha mão faz muito menos contato com as moléculas da madeira, que estão mais espaçadas (é menos denso o material da madeira), ou seja, haverá transferência de energia cinética das moléculas da minha mão para as da madeira, mas só com aquelas onde eu tenho, evidentemente, contato, pelo menos em um primeiro momento. Na madeira também há uns bolsões de ar, uns buracos com ar, que também dificultam a transferência de energia cinética entre as moléculas, de maneira que a madeira vai tomar "pouca" energia cinética das moléculas da minha mão. Acontece, então, que no metal é ao contrário. No metal, por haver muito maior superfície de contato, a energia cinética das moléculas da minha mão vai ser mais intensamente transferida para as moléculas do metal. Dessa forma, eu vou sentir mais frio no metal do que na madeira, por dois motivos: primeiro, o fato de a madeira oferecer menor superfície de contato com a minha mão faz com que a energia cinética seja mais vagarosamente transferida da minha mão para a madeira do que para o metal. E o fato de a madeira ser menos densa faz com que a continuidade na transferência dessa energia cinética para as outras moléculas aconteça mais lentamente do que no metal, em que todas as moléculas estão bem mais próximas. A energia cinética da minha mão, portanto, das moléculas da minha mão, vai ser rapidamente transferida para as moléculas do metal, que rapidamente vão transferir para as outras moléculas do metal e assim, o metal vai "roubar" mais calor, mais rapidamente, da minha mão do que na madeira. Finalmente, pelo fato de o metal "roubar" energia mais rapidamente do que a madeira, meu corpo percebe isso como se o metal estivesse mais frio do que a madeira. É uma questão de percepção da energia que está sendo transferida a partir da sua mão, da sua pele, para outro objeto. Até o próximo vídeo!