Objeto de aprendizagem:
Transmissão de calor
Transmissão de calor na vida
cotidiana
Nosso cotidiano está marcado por diversos eventos onde podemos perceber o calor se propagando. Quando vamos esquentar a água do café, quando abrimos a geladeira, quando saímos na
rua num dia ensolarado ou mesmo frio, em todos estes eventos e em muitos outros a energia está se
propagando sob a forma de calor.
Sempre ocorre transmissão de calor quando dois corpos com temperaturas diferentes são aproximados. Quando isto ocorre se estabelece uma tendência a um estado de equilíbrio com uma
temperatura intermediária. Por exemplo: quando colocamos cubos de gelo num copo de suco estamos estabelecendo um contato entre dois corpos: o gelo (sólido) e o suco (líquido), como a temperatura do suco geralmente é maior que a do gelo, o suco fornece calor ao gelo que depois de um
intervalo de tempo poderá até derreter totalmente. Ao final teremos uma temperatura maior que a
temperatura inicial gelo e menor que a temperatura inicial do suco.
Faz-se necessária uma diferenciação entre calor e temperatura! A temperatura está relacionada ao grau de agitação das moléculas de um determinado material, ela é uma medida da energia
térmica desse material, ou em outras palavras uma medida da energia cinética média das moléculas
de um material e é medida usando-se as escalas termométricas. O calor é a energia térmica em trânsito, esse trânsito acontece quando um corpo está fornecendo energia térmica a outro de menor temperatura e por conseqüência a temperatura dos dois corpos está variando até atingir uma temperatura de equilíbrio. Vamos usar outro exemplo para ilustrar melhor: A temperatura média de nosso
corpo é cerca de 37ºC; se numa noite de frio saímos rapidamente da cama e colocamos os pés no
chão vamos sentir uma sensação de frio, na verdade quando pisamos estamos estabelecendo contato
entre dois corpos (pé e chão) com temperaturas diferentes, o piso rouba um pouco da energia térmica do nosso corpo e faz com que sintamos a sensação de frio. Veja que a temperatura serve para
indicar o grau de agitação das moléculas de um corpo.
O corpo humano é constituído de tal modo que quando a temperatura ambiente for de 270C,
estejamos confortáveis vestindo bermudas e camisas leves. De maneira geral, quando a nossa temperatura média (370C) é maior que a temperatura ambiente, forma-se uma fina camada de ar em
nossa volta com uma temperatura um pouco menor que a nossa. Em torno dessa camada de ar, forma-se outra camada, com uma temperatura um pouco menor que a da camada anterior. Essa seqüência de camadas com temperaturas variando é chamada de gradiente de temperatura. Quando
estamos num ambiente como esse descrito, está acontecendo um fluxo de calor do corpo mais quente (nós) para um corpo mais frio (ar circundante). E o nosso organismo está perfeitamente adequado
a permanecer confortavelmente nessa situação.
Quando a temperatura fica mais alta, acontece uma sensação de desconforto, que pode ser
contornada de vários modos. Utilizamos com maior freqüência o aparelho de ar condicionado e o
ventilador. O aparelho de ar condicionado cria artificialmente um ambiente com temperatura menor.
O ventilador cria um vento que afasta de nós as diversas camadas de ar que estavam nos rodeando,
diminuindo repentinamente a temperatura ao nosso redor. Rapidamente nós mesmos iremos aquecer
novamente o ar, construindo uma seqüência de camadas com temperaturas decrescentes, e novamente o ventilador afastará esse ar aquecido.
Quando acontece um esfriamento da temperatura ambiente, a diferença de temperatura entre
nosso corpo e a atmosfera passa a ser maior, assim como passa ser maior o fluxo de calor entre nós
e o ambiente. As pessoas de diferentes regiões se adaptam aos ciclos de temperaturas a que estamos
expostos, mas isso dentro de certos limites da capacidade humana.
Alguns materiais são bons condutores de calor, enquanto outros são maus condutores, e por
isso são chamados de isolantes.
As boas roupas de frio devem ser feitas com materiais isolantes! Quando estamos vestidos
com roupas desse tipo, elas dificultam, ou praticamente impedem, a perda para o meio ambiente do
calor que produzimos. Essa roupa cria um micro-ambiente entre ela e o nosso corpo que evita contato térmico com o meio externo. Numa situação desse tipo não estaremos fornecendo calor para
aquecer o meio mais frio, mas atingimos rapidamente um equilíbrio térmico com a micro-região
criada pela roupa isolante.
Antigamente se conhecia como isolantes para a confecção de roupas, basicamente lã e couro. Hoje já são fabricadas roupas revestidas com material plástico, e recheadas com isolantes sintéticos maleáveis. O revestimento plástico evita a penetração de ventos frios, e o recheio produz o
isolamento térmico.
Em nível microscópico os materiais condutores têm uma rede cristalina e um grande número
de elétrons de condução, que podem viajar com grande mobilidade nessa rede. Quando uma região
desse material é aquecida, os elétrons de condução que porventura estiverem nessa região aumentarão a sua energia térmica. E considerando a sua mobilidade, eles rapidamente viajarão para outras
partes do material. De maneira equivalente, elétrons de outras regiões rapidamente chegarão nessa
região aquecida. O movimento dos íons da rede cristalina é microscópico, e dentro de uma dada
região. A região que foi aquecida, teve aquecida os íons da rede e os elétrons de condução. A
transmissão de calor através dos íons da rede é pouquíssimo eficiente, pois de certo modo, os íons
aquecem apenas outros íons vizinhos. No entanto, a mobilidade dos elétrons de condução faz com
que o calor excedente seja rapidamente partilhado por todas as partes do material.
Os materiais isolantes não têm elétrons de condução, e a transmissão de calor se dá basicamente através dos íons que forma a rede cristalina. Existe então uma forma pouco eficiente de
transmissão de calor, ou em outras palavras um relativo isolamento térmico.