Por décadas, a transferência de calor foi considerada uma área consolidada do conhecimento, mas recentemente tem sido marcada por descobertas inovadoras, desafiando a estabilidade dos livros didáticos. Uma dessas surpresas surgiu em 2014, quando dois físicos norte-americanos revelaram que as teorias tradicionais sobre o calor não se aplicavam na escala nano.
Agora, uma equipe liderada por Kaikai Zheng, da Universidade de Massachusetts Amherst, EUA, descobriu que a lei estabelecida há 200 anos, conhecida como Lei de Fourier, que governa a condução de calor em materiais sólidos, pode falhar não apenas em escalas nano, mas também em macroescala e em materiais amplamente reconhecidos.
A Lei de Fourier afirma que a taxa de transferência de calor em um material é proporcional ao gradiente de temperatura e à área da superfície perpendicular ao fluxo de calor. No entanto, os pesquisadores identificaram uma exceção a essa lei, questionando a suposição de que o calor sempre segue o caminho tradicionalmente assumido. O professor Steve Granick, coordenador da pesquisa, expressou que a investigação começou com a simples pergunta: “E se o calor pudesse ser transmitido por um caminho diferente do que as pessoas supunham?”
[Imagem: EPFL]
O fenômeno em questão é conhecido como calor radiante, responsável pela sensação térmica que experimentamos, por exemplo, quando expostos à luz solar: as ondas eletromagnéticas aquecem a pele quando o Sol está brilhando. Além do calor radiante, o calor também se propaga por difusão, como acontece quando uma xícara de café aquece a mão. Em 2020, foi revelada uma nova forma de propagação térmica denominada calor viscoso.
Durante dois séculos, os cientistas sustentaram que a difusão explicava a propagação do calor em sólidos. No entanto, a equipe liderada por Granick desafiou essa crença ao encontrar uma exceção à Lei de Fourier ao testar polímeros translúcidos e vidros inorgânicos.
Embora esses materiais conduzissem o calor de maneira convencional, conforme previsto pela lei, a translucidez permitiu que a energia do calor também se irradiasse através deles.
Para demonstrar isso, eles realizaram experimentos em uma câmara de vácuo, eliminando a distribuição convectiva do calor pelo ar. Ao aquecer uma pequena área com um laser em uma amostra e mantendo um lado frio na outra, observaram o calor se espalhar através das amostras com anomalias não totalmente explicadas pela Lei de Fourier.
Descobertas sobre a Transmissão de Calor
Uma descoberta recente revela que materiais translúcidos possibilitam a irradiação interna de energia, interagindo com pequenas imperfeições estruturais que se tornam fontes secundárias de calor. Essas fontes secundárias continuam irradiando calor pelo material, indicando que a radiação eletromagnética pura desempenha um papel significativo em materiais como plásticos e vidros.
O professor Steve Granick, líder da pesquisa, esclarece que a Lei de Fourier não está incorreta, mas sua explicação não abrange todos os fenômenos observados na transmissão de calor. Essas descobertas fundamentais oferecem uma compreensão expandida do funcionamento do calor, proporcionando aos engenheiros novas estratégias para o design de circuitos térmicos.
Com informações de Phys.
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