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A Lei de Fourier, um dos princípios fundamentais da física termodinâmica, surgiu há 200 anos por Jean Fourier. No entanto, mesmo após séculos de existência, essa lei não estava isenta de brechas.
Sua função original seria descrever a transferência de calor entre corpos sólidos. Apesar de sua ampla aceitação, uma equipe de pesquisadores identificou exceções à lei em escalas nanométricas, em que átomos e moléculas dominam.
Agora, estudiosos da Universidade de Massachusetts Amherst, nos Estados Unidos, revelam que a Lei de Fourier nem sempre se aplica na escala macroscópica.
Estudo
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Publicado recentemente na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, um estudo destaca a influência da radiação eletromagnética direta em materiais comuns, como plásticos e vidros.
Essas ondas eletromagnéticas são veículos de energia, responsáveis pelo transporte de calor. Por exemplo, o calor que sentimos sob a luz do sol é resultado da radiação eletromagnética se propagando no vácuo.
Na física, a difusão era historicamente considerada o principal mecanismo para explicar a transferência de calor em corpos sólidos.
Por exemplo, quando uma xícara esquenta a mão após ser preenchida com chá quente, isso é um exemplo de difusão, conforme previsto pela Lei de Fourier.
No entanto, uma equipe de pesquisadores investigou se haveria exceções a essa regra em materiais translúcidos, como os plásticos, e vidros inorgânicos.
Exceção da Lei de Fourier
Eles descobriram que, de fato, o calor se difunde através desses materiais. No entanto, questionaram se sua translucidez também permitiria a irradiação de energia através deles.
A pesquisa revelou que sim, materiais translúcidos possibilitam o fluxo interno de energia devido a pequenas imperfeições estruturais, que se tornam fontes secundárias de calor.
Steve Granick, professor de Ciência e Engenharia de Polímeros na UMass Amherst e autor do estudo, esclarece que não é que a Lei de Fourier esteja incorreta, mas sim que ela não oferece uma explicação completa para todos os fenômenos observados na transmissão de calor.
Para obter esses resultados, amostras dos dois materiais foram inseridas em uma câmara de vácuo para eliminar o ar e evitar transferência de calor por convecção.
Os pesquisadores então aplicaram um feixe de laser para aquecer uma pequena área em uma amostra, enquanto na outra amostra aqueceram um lado e mantiveram o outro frio.
Utilizando uma câmera infravermelha, eles analisaram a distribuição de calor nas amostras. Durante repetições do experimento, os cientistas observaram anomalias que não podiam ser completamente explicadas pela Lei de Fourier.
Estudos fundamentais como o da equipe proporcionam uma compreensão mais ampla de como o calor opera, o que abrirá novas estratégias para os engenheiros no design de circuitos térmicos.
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O que muda na prática?
Na prática, essa exceção da Lei de Fourier pode trazer algumas implicações na física moderna.
Por exemplo, será possível compreender melhor como o calor se comporta em materiais de composição diferente, o que pode influenciar o design de circuitos térmicos em uma variedade de dispositivos, desde eletrônicos até sistemas de refrigeração.
Além disso, é mais fácil propor melhorias na eficiência energética de dispositivos que dependem da transmissão de calor, permitindo projetos mais eficazes e econômicos.
E uma vez que a Lei de Fourier é um dos pilares na realização de testes e projetos com transmissão de calor, a exceção ajudará a equipe a desenvolver novos materiais e alternativas para aplicações específicas e mais resistentes.
Embora a lei não tenha anulação, esse resultado reforça a segurança na física e na química. Setores diretamente dependentes, como a indústria automotiva e da construção, por exemplo, poderão ter um controle térmico muito maior para colocar seus produtos no mercado.
Assim, ter uma evolução constante na física é crucial, e essa descoberta ajudará em vários sentidos.
Fonte: Revista Galileu
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