Quando colocamos uma panela com água sobre o fogo para aquecer, observamos que leva algum tempo para isso acontecer, pois a quantidade de calor (Q) precisa atravessar a parede da panela.

A razão entre a quantidade de calor que atravessa essa parede em um determinado intervalo de tempo (∆t) é denominado fluxo de calor (Φ) por condução.

 

 

 

Quando o fluxo de calor é constante ao longo do tempo em uma secção transversal, teremos a transmissão de calor em regime estacionário.

Unidades de Fluxo de Calor

Da definição temos:

 

podemos expressar a unidade em cal/s ou J/s. No SI (Sistema Internacional de Unidades) o fluxo de calor é J/s =W (watt) equivalente a unidade de potência.

Exemplo:

Em uma sala há uma janela de vidro, onde a temperatura externa é maior que a interna. A energia calorífica que atravessa o vidro é de 8400J a cada 2s. Determine o fluxo de calor em joule/s e cal/s.

Da definição temos:

Como 1cal ≈ 4,2  J , então  Φ ≈ 1000cal = 1 kcal.

Lei de Fourier

A Lei de fourier determina a quantidade de calor que atravessa um corpo por condução na unidade de tempo. Essa grandeza é definimos como fluxo de calor (Φ) e se calcula através da Lei de Fourier. 

Foi Joseph Fourier, físico francês (1768-1830), que experimentalmente formulou a sua lei para medir a rapidez com que o calor é transmitido por condução dentro de um corpo de uma extremidade a outra, quando há diferença de temperatura entre elas.

Observando essa fórmula matemática vemos que o fluxo de calor que atravessa entre uma extremidade a outra é uma grandeza:

Diretamente proporcional à área (A), diretamente proporcional à variação de temperatura (∆T) entre as extremidades e inversamente proporcional ao seu comprimento (L).  A constante de proporcionalidade k é denominada condutividade térmica do material.

Ilustração do Experimento Lei de Fourier

Quanto maior for a constante k , maior será a condutividade térmica do material e, portanto, mais veloz é o fluxo de calor.

Manipulando a equação de Fourier , podemos chegar a unidade da constante k.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Observando a tabela que mostra a condutividade de alguns materias responda as seguintes perguntas:

1. Para um varão de aço de comprimento 1m, diâmetro de 0,5 cm e outro de alumínio com as mesmas dimensões, onde uma das extremidades encontra-se sobre a mesma fonte de calor, tal como a ilustração acima, qual varão terá a outra extremidade aquecida mais rapidamente?
2. Suponha agora que tenhamos dois varões A e B, de mesmo comprimento L, todos de alumínio, porém o varão A possui o dobro do diâmetro de B. Qual a relação entre os fluxos de calor Φ₁ e Φ₂?

Solução:

1. Esse questionamento respondemos observando na tabela que a condutividade térmica do Alumínio é maior que a do Aço. Observe que é em torno de 4 vezes mais, por tanto o varão de alumínio se aquece mais rápido.

2.