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Lei de Fourier

Física

A lei da condução térmica, também conhecida como lei de Fourier, estabelece que o fluxo de calor através de um material é proporcional à temperatura.
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Ao estudarmos a transmissão de calor por condução vimos que esse processo de transferência de calor ocorre através de todo o material através da troca de energia entre partículas próximas, ou seja, entre partículas adjacentes. O mecanismo de condução ocorre quando moléculas ou átomos que estão a uma temperatura mais elevada transferem parte da energia para as moléculas ou átomos próximos que estão com baixa energia. Assim, dizemos que a energia se transfere da região de alta temperatura para a região de baixa temperatura. A condução térmica visa o equilíbrio térmico do material.

Vamos agora apresentar a lei que rege a condução térmica, também conhecida como lei de Fourier. Ela recebeu esse nome em homenagem ao cientista que primeiro estudou detalhadamente a transmissão de calor por condução.

Na figura acima temos uma barra metálica ligada a dois recipientes, um contendo água em ebulição e outro contendo uma mistura de água e gelo. Pela figura vemos que a barra está isolada lateralmente.

Joseph Fourier, através de experimentos, conseguiu observar que a temperatura varia linearmente por toda a barra, ou seja, de uma extremidade a outra. Sendo assim, o fluxo de calor  através da barra é proporcional à área de seção A da barra e à diferença de temperatura, ΔT = Tf - Ti, entre as duas extremidades; e inversamente proporcional ao comprimento, L, da barra. Veja a figura abaixo:


Fluxo de calor em uma barra metálica

Podemos definir matematicamente que o fluxo de calor nada mais é do que o quociente do calor Q transmitido de uma face para outra, num intervalo de temperatura. Então, o fluxo de calor é definido por:

Analiticamente, a lei de Fourier, ou lei da condução térmica, pode ser expressa por:

Na equação acima, k é uma constante que depende do material e é denominada condutividade térmica do material. O valor desse coeficiente é elevado para os bons condutores de calor; e baixo para os maus condutores, conhecidos como isolantes térmicos.


Por Domiciano Marques
Graduado em Física

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  • joelmaquinta-feira | 10/04/2014 14:47Hs
    muito bom me ajudou bastante.
  • vanessa limaquinta-feira | 14/02/2013 13:14Hs
    ótimo texto. Consegui tirar as minhas dúvidas.
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