Descrição da imagem: Quando se coloca um cubo de gelo sobre uma placa de mármore e outro sobre uma tábua de madeira, o cubo de gelo sobre o mármore derrete 10 vezes mais rápido do que o cubo sobre a madeira.
À temperatura ambiente, uma placa de mármore parece mais fria ao toque do que uma tábua de madeira.
Se você colocar um cubo de gelo sobre uma placa de mármore e outro sobre uma tábua de madeira, o cubo de gelo sobre o mármore derrete 10 vezes mais rápido do que o cubo sobre a madeira.
Por trás da aparente paradoxo deste fenômeno físico, encontra-se uma explicação racional.
A sensação de frio ao toque deve-se às diferentes propriedades térmicas do mármore e da madeira. Isso é parcialmente explicado pela alta condutividade térmica do mármore, o que significa que ele pode rapidamente absorver o calor da sua mão, dando assim uma sensação de frio.
Em contraste, a madeira tem uma condutividade térmica mais baixa, o que significa que ela absorve o calor da sua mão mais lentamente. Como resultado, parece menos fria ao toque.
O mármore, com sua alta condutividade térmica, permite que o calor seja transferido rapidamente do mármore para o cubo de gelo. Assim, o cubo de gelo sobre o mármore derrete mais rápido porque recebe uma maior quantidade de calor do material subjacente.
Por outro lado, a tábua de madeira, com sua condutividade térmica mais baixa, transfere calor para o cubo de gelo mais lentamente, atrasando seu derretimento.
Em resumo, embora o mármore pareça mais frio ao toque devido à sua alta condutividade térmica, ele também permite uma transmissão mais rápida de calor, causando um derretimento mais rápido do cubo de gelo colocado sobre ele em comparação com a tábua de madeira.
A equação que descreve a transferência de calor através de um material é a equação de difusão de calor. Essa equação é uma forma da lei de Fourier para condução térmica.
A equação de calor é geralmente expressa da seguinte forma em uma dimensão (para transferência de calor unidimensional): ∂����/∂���� = ���� ∂²����/∂����²
• T é a temperatura do material,
• t é o tempo,
• x é a posição espacial,
• α é a difusividade térmica do material.
Esta equação descreve como a temperatura ���� varia no tempo ���� e no espaço x devido ao fluxo de calor através do material. A condutividade térmica do material está incorporada no coeficiente α.
Os valores de condutividade térmica podem variar ligeiramente dependendo de fatores como o tipo de madeira ou o tipo de mármore, bem como da temperatura e umidade.
A condutividade térmica da madeira varia entre 0,1 e 0,2 W/(m·K) para madeira seca.
A condutividade térmica do mármore também varia dependendo da sua composição específica, mas geralmente varia entre 2 e 5 W/(m·K).
A unidade de condutividade térmica é expressa em watts por metro por kelvin (W/(m·K)).
A condutividade térmica do alumínio é relativamente alta em comparação com muitos outros materiais. Seu valor típico varia em torno de 200 a 230 W/(m·K). Essa alta condutividade térmica é uma das razões pelas quais o alumínio é comumente usado em aplicações que requerem transferência eficiente de calor, como radiadores, dissipadores de calor para componentes eletrônicos ou utensílios de cozinha.
No entanto, a maior condutividade térmica é a do diamante. Pode alcançar valores da ordem de 2000 a 2200 W/(m·K).
Por que não sentimos a sensação de frio ao tocar o alumínio ou o diamante?
A sensação de frio ao toque depende não apenas da condutividade térmica do material, mas também da sua capacidade térmica.
Uma baixa capacidade térmica específica significa que, para a mesma quantidade de calor absorvido, a temperatura do material aumenta mais rapidamente em comparação com um material com alta capacidade térmica específica. Em outras palavras, um material com baixa capacidade térmica precisa de apenas uma pequena quantidade de calor para sofrer um aumento significativo de temperatura.
O diamante tem uma estrutura cristalina cúbica centrada nas faces, onde cada átomo de carbono está ligado a quatro outros átomos de carbono por ligações covalentes muito fortes. Esta estrutura regular e altamente simétrica permite uma transferência de calor muito eficiente.
As ligações covalentes fortes e a ausência de impurezas permitem uma rápida propagação das vibrações atômicas (fónons) através da rede cristalina.
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