Por que que as panelas são feitas de alumínio e os cabos são constituídos de plástico?

Quando colocamos dois corpos com temperaturas diferentes em contato, o calor tende a transferir-se espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura até que ambos fiquem em equilíbrio térmico, ou seja, com temperaturas iguais.

A transferência de calor entre os corpos pode ocorrer por meio de três processos, que são: condução, irradiação e convecção térmica.

Denomina-se condução térmica o processo de transferência de calor em que as partículas de uma região com maior temperatura transferem sua agitação térmica para as partículas de uma região vizinha com temperatura inferior.

A condução térmica depende do material de que um determinado objeto é feito. Os materiais que diminuem o fluxo de calor entre os corpos, impedindo que o calor entre ou saia de um corpo, são denominados isolantes térmicos, como é o caso da madeira, plástico, isopor, lã, entre outros. Já os materiais que transmitem facilmente calor de um corpo para o outro são considerados bons condutores térmicos, e os melhores exemplos desse tipo de material são os metais, que, por isso, são utilizados na confecção de panelas, ferros de passar, etc.

Os bons condutores térmicos apresentam um arranjo atômico ou molecular que tem a propriedade de transferir calor para os átomos ou moléculas em suas proximidades até que todo o objeto entre em equilíbrio térmico. Para compreender melhor, tomemos como exemplo uma barra metálica, que é uma boa condutora térmica. Aproximando-se uma das extremidades dessa barra de uma fonte de calor, as moléculas recebem energia e passam a vibrar com maior intensidade. Essa movimentação é transmitida para as moléculas de sua vizinhança, que também passam a vibrar e continuam transferindo energia até alcançar a outra extremidade da barra.

Para que ocorra a transferência de calor por condução térmica, é necessário que exista um meio material para que o calor possa propagar-se. Apesar de se tratar de um processo mais frequente em sólidos, também pode ocorrer nos gases e líquidos.

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A propriedade física que mensura o quanto um corpo pode conduzir calor é a condutibilidade térmica. Os bons condutores térmicos apresentam um alto valor de condutibilidade térmica, enquanto os isolantes possuem baixa condutibilidade térmica.

Outro fator que depende da condutibilidade térmica é a sensação térmica. Uma situação que descreve essa dependência é o fato de sentirmos a maçaneta metálica de uma porta mais fria do que a madeira da qual a porta é feita, mesmo as duas estando sob a mesma temperatura. Essa sensação térmica de frio ocorre porque a maçaneta tem a condutibilidade térmica maior do que a da madeira, portanto a transferência de calor da mão para a maçaneta ocorre mais rapidamente do que para a madeira.

Aplicações da condução térmica

Em nosso cotidiano, encontramos várias aplicações da condução térmica, tanto dos bons condutores quanto dos isolantes térmicos.

As panelas que utilizamos para cozinhar são feitas de ferro, que é um material que absorve melhor o calor recebido pela chama do fogão. Já o cabo da mesma penela é feito de madeira, que é um bom isolante térmico e não se aquece da mesma forma que a panela.

As caixas de isopor e os recipientes de plástico são utilizados para conservar a temperatura dos alimentos. Como são isolantes térmicos, esses materiais evitam as trocas de calor entre o alimento e o meio externo, e a temperatura mantém-se constante por muito mais tempo.

As latinhas de metal utilizadas para armazenar bebidas resfriam muito mais rápido do que as garrafas de vidro ou de plástico. Isso ocorre porque o metal é um bom condutor térmico e permite a saída do calor do líquido no interior da lata mais rapidamente.

Nos dias frios, usamos roupas feitas de lã, porque esta atua como isolante térmico, evitando que o nosso corpo perca calor para o ambiente.

Estes exercícios testarão seus conhecimentos sobre as características dos materiais condutores e isolantes elétricos e os fenômenos que os envolvem. Publicado por: Joab Silas da Silva Júnior

A respeito da condutividade elétrica e térmica dos materiais, marque a alternativa correta:

a) Somente os metais podem conduzir eletricidade e calor.

b) Em hipótese alguma, um dielétrico pode conduzir corrente elétrica ou calor.

c) Os metais destacam-se como bons condutores elétricos porque possuem excesso de prótons em sua estrutura atômica.

d) Os materiais que são isolantes elétricos possuem alta condutividade elétrica.

e) Um material é melhor condutor que outro quando possuir valor de condutividade elétrica maior.

A resistividade é a grandeza oposta à condutividade elétrica. Sendo assim, a partir dos valores de resistividade elétrica fornecidos abaixo, marque a alternativa correta:

a) O ferro é melhor condutor elétrico que o cobre.

b) De todos os materiais listados, o vidro é o que apresenta maior resistência à passagem de corrente elétrica.

1. Por ser excelente condutor, o quartzo é muito utilizado na fabricação de relógios.

d) O cobre é o melhor condutor apresentado.

e) A condutividade do alumínio é maior que a do cobre.

A respeito do comportamento dos condutores e isolantes, julgue os itens a seguir como verdadeiros e falsos.

I. O efeito Joule é a transformação de energia elétrica em energia térmica em virtude das altas velocidades dos elétrons livres ao transitarem pelos condutores.

II. Nos isolantes, os elétrons estão fortemente ligados aos átomos e, por isso, não podem mover-se facilmente.

III. Os condutores também podem ser chamados de dielétricos.

IV. Os metais são bons condutores elétricos por possuírem elétrons livres em excesso.

a) I, II e III são verdadeiros.

b) II é falso.

c) II e IV são verdadeiros.

d) III e IV são verdadeiros.

e) Todos são falsos.

A respeito do efeito Joule e da possibilidade de dielétricos conduzirem corrente elétrica, marque a alternativa correta:

a) O efeito Joule expressa a relação entre o calor e o campo magnético gerado em um condutor.

b) Não existe a possibilidade de um dielétrico conduzir corrente elétrica.

c) Se um dielétrico for submetido a uma alta tensão, existe a possibilidade de sua rigidez dielétrica ser rompida e ele conduzir corrente elétrica.

d) O fenômeno dos raios é possível porque as nuvens atritam-se, gerando eletricidade estática, e os elétrons em excesso aproveitam a alta condutividade do ar e vem até a terra.

e) O calor gerado pelo efeito Joule ocorre porque os elétrons livres que formam a corrente elétrica apresentam alta velocidade.

respostas

LETRA “E”

Quanto maior o valor da condutividade elétrica de um material, melhor condutor elétrico ele será.

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LETRA “D”

Como o cobre apresenta a menor resistividade de todos os materiais apresentados, isso significa que ele é o melhor condutor nessa lista e apresentará condutividade maior que a de todos os demais materiais.

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LETRA “C”

I. Falso: O efeito Joule está relacionado com as impurezas presentes no material, e não com a velocidade em que os elétrons se movimentam pelo condutor.

II. Verdadeiro.

III. Falso: Os isolantes também podem ser chamados de dielétricos.

IV. Verdadeiro.

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LETRA “C”

a) Errada: O efeito Joule não tem relação com o campo magnético gerado pelo condutor.

b) Errada: Um dielétrico, se submetido a um valor muito alto de tensão elétrica, pode ser forçado a conduzir corrente elétrica.

c) Correta.

d) Errada: O ar não é condutor elétrico.

e) O calor gerado pelo efeito Joule não está relacionado com a alta velocidade dos elétrons que compõem a corrente elétrica.

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