A condução é o processo pelo qual algo, como calor ou corrente elétrica, se move de uma substância para outra. A condução ocorre em sólidos, líquidos e gases. No entanto, os sólidos transferem energia de forma mais eficiente, pois as moléculas nos sólidos são mais compactadas e as moléculas estão mais próximas.
A condução de calor ocorre quando as moléculas aumentam de temperatura; eles vibram, e essa vibração e movimento passam a energia térmica para as moléculas circundantes.
Quando dois corpos em temperaturas diferentes são mantidos em contato, o calor flui de um corpo de alta temperatura para o corpo de baixa temperatura . A energia cinética média da substância é uma medida da temperatura do corpo. Quando há um aumento na energia cinética média das moléculas de uma substância, sua temperatura aumenta, e se há uma queda na energia cinética média das moléculas de uma substância, sua temperatura diminui.
Mantenha uma frigideira no fogo. A frigideira logo esquenta, pois o calor passa da chama para a frigideira. Agora retire a panela do fogo. Gradualmente, a panela esfriará porque o calor é transferido da panela para o ambiente. Em ambos os casos, o calor flui de um objeto mais quente para um objeto mais frio.
Você teria experimentado que, se tocasse uma xícara de chá quente, sua mão sentiria o calor da xícara. A razão é que parte da energia térmica é transferida do copo para a sua mão. O calor é transferido de um objeto quente para um objeto frio se houver contato entre eles. Em física, dizemos que a transferência de calor requer um meio. A condução térmica é o movimento de calor de um objeto para outro que tem temperaturas diferentes quando estão em contato um com o outro. Nos sólidos, geralmente, o calor é transferido pelo processo de condução. A condutividade térmica descreve a eficiência com que um material pode passar calor através dele. É definido pela taxa de fluxo de energia por unidade de área quando comparado a um gradiente de temperatura.
Lei da Condução de Calor de Fourier: A Lei de Fourier mostra que a energia térmica se move de materiais mais quentes para materiais mais frios. A Lei de Fourier pode ser escrita como
q = kAdT∕s
Nesta equação, q refere-se à taxa de condução de calor, A é a área de transferência de calor, k é a condutividade térmica do material, dT é a diferença de temperatura através do material e s refere-se à espessura do material.
Exemplos:
A condução de eletricidade ocorre devido ao movimento de partículas eletricamente carregadas através de um meio. Esse movimento pode resultar em uma corrente elétrica, que pode ser transportada por elétrons ou íons. Um exemplo de condução elétrica é quando você acidentalmente é eletrocutado ao tocar um fio energizado porque seu corpo contém água, que é um condutor de eletricidade. Outro exemplo é quando a eletricidade passa por fios, que são condutores, para que possamos assistir TV ou usar um computador.
A condutividade elétrica é uma medida de quão bem um material acomoda o movimento de uma carga elétrica. Em sólidos como os metais, os elétrons estão frouxamente ligados aos átomos, por causa dos quais os elétrons podem se mover livremente de um átomo para outro em um objeto metálico. Essa mobilidade eletrônica nos permite passar uma corrente elétrica através dele. Se podemos passar facilmente uma corrente elétrica através de objetos, nós os chamamos de Bons condutores de eletricidade. Materiais que não permitem que a eletricidade flua através deles são conhecidos como isolantes. A condutividade dos semicondutores é intermediária entre a de um isolante e a de um condutor. Um "vácuo perfeito" não contém partículas carregadas; vácuos normalmente se comportam como isolantes muito bons.
A condução em metais é bem descrita pela Lei de Ohm , que afirma que a corrente é proporcional ao campo elétrico aplicado. A facilidade com que a densidade de corrente (corrente por área) j aparece em um material é medida pela condutividade σ , definida como:
j = σ E,
E é o campo elétrico naquele local e σ é a condutividade do material, uma medida de quão facilmente as cargas se movem através dele.
A condutividade elétrica ou resistividade de um material é uma propriedade imutável que não muda em relação ao tamanho ou forma do material.
Carregamento por condução:
Os corpos podem ser carregados pelo método de condução, ou seja, por contato. Por condução, o corpo adquire a mesma carga que no corpo de carga.
Experimento: Faça um cilindro de papel rolando uma tira de papel em um lápis e, em seguida, gentilmente puxando o lápis. Suspenda o cilindro de papel por um fio amarrado ao centro. Pegue um bastão de vidro e esfregue-o com seda para que fique com carga positiva. Toque o cilindro de papel com esta haste de vidro. Remova a vareta de vidro e, em seguida, aproxime novamente a vareta de vidro do cilindro de papel.
Você notará que o cilindro de papel é repelido pela haste de vidro, isso significa que o cilindro de papel adquiriu uma carga positiva que é a mesma carga da haste de vidro devido à condução.
Exemplos:
A fotocondutividade ocorre quando um material absorve radiação eletromagnética, resultando em uma mudança na condutividade elétrica da substância. A radiação eletromagnética pode ser causada por algo tão simples como uma luz brilhando em um semicondutor ou algo tão complexo quanto um material sendo exposto à radiação gama. Quando o evento eletromagnético ocorre, o número de elétrons livres aumenta, assim como o número de buracos de elétrons, aumentando assim a condutividade elétrica do objeto. Certos semicondutores cristalinos, como silício, germânio, sulfeto de chumbo e sulfeto de cádmio, e o selênio semimetal relacionado, são fortemente fotocondutores
Exemplos:
Qualquer objeto que transfira energia térmica ou elétrica, ou ambas, de forma eficiente é um condutor. Materiais que não permitem que calor e eletricidade passem por eles são um isolante.
| Materiais com boa condução térmica | Materiais com boa condução elétrica |
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Os metais geralmente movem o calor de forma eficiente e são bons condutores de calor. Tecidos e madeira tendem a fornecer má condução de calor. Geralmente, se uma substância é um bom condutor de energia térmica, também será um bom condutor elétrico. Isto não é sempre verdade; por exemplo, a mica é um condutor de calor, mas um isolante elétrico. A água salgada é um mau condutor de calor, mas um bom condutor elétrico. Ainda assim, em geral, o mesmo empacotamento compacto de átomos e movimento relativamente livre de seus elétrons que faz a energia térmica se movimentar na substância também faz com que a energia elétrica dos elétrons se mova.
A água pura, sem sólidos dissolvidos, não é eletricamente condutora. A corrente elétrica flui mais facilmente quando a água tem mais minerais dissolvidos nela. O ar, uma mistura de gases, geralmente não é um bom condutor de calor ou eletricidade. O ar, como a água, é considerado um isolante. No entanto, quando as partículas no ar recebem uma forte carga elétrica de, digamos, estática acumulada (de um campo elétrico quando um raio está prestes a cair ou do campo elétrico de uma linha de energia), o ar pode conduzir eletricidade.
A água salgada é um mau condutor de calor, mas um bom condutor elétrico: A água doce retém o calor por mais tempo do que a água salgada porque a adição de sal reduz a capacidade calorífica da solução em relação à água pura. A menor capacidade de calor significa que a água salgada aquece e resfria mais rapidamente do que a água doce nas mesmas condições. A condutividade térmica diminui com o aumento da salinidade e aumenta com o aumento da temperatura. A condutividade elétrica da água depende da concentração de íons dissolvidos na solução. O sal de cloreto de sódio dissocia-se em íons. Portanto, a água do mar é cerca de um milhão de vezes mais condutora do que a água doce. |
