O que é uma superfície isotérmica? O que pode ser dito sobre o fluxo térmico em qualquer local desta superfície?

Passo 1

Vamos começar resumindo o que a pergunta está pedindo. Você quer saber o que é uma superfície isotérmica e o que acontece com o fluxo térmico em qualquer ponto dessa superfície. Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos básicos de transferência de calor, como temperatura, fluxo térmico e propriedades das superfícies isotérmicas.

Passo 2

Primeiro, vamos definir o que é uma superfície isotérmica. “Isotérmica” vem do grego: “iso” significa igual e “térmica” está relacionado à temperatura. Então, uma superfície isotérmica é uma região no espaço onde a temperatura é constante em todos os seus pontos. Imagine uma casca ao redor de um objeto onde, em toda essa casca, a temperatura não muda de um ponto para outro.

Passo 3

Agora, vamos falar sobre fluxo térmico. O fluxo térmico representa a quantidade de calor que passa por uma determinada área por unidade de tempo. Segundo a Lei de Fourier, o fluxo térmico ( ) é proporcional ao gradiente de temperatura ( ) e ocorre na direção de menor temperatura. A fórmula é:
onde é a condutividade térmica do material.

Passo 4

Em uma superfície isotérmica, a temperatura é a mesma em todos os pontos. Isso significa que o gradiente de temperatura ( ) na direção tangencial à superfície é zero, pois não há variação de temperatura ao longo dessa superfície. Portanto, de acordo com a Lei de Fourier, o fluxo térmico na direção tangencial é zero.
Além disso, qualquer fluxo térmico que exista deve ser perpendicular à superfície isotérmica, já que não há variação de temperatura na direção tangencial. Ou seja, o calor não flui ao longo da superfície, mas apenas através dela.

Resposta

Uma superfície isotérmica é uma região onde a temperatura é constante em todos os seus pontos. Nessa superfície, o fluxo térmico é nulo na direção tangencial, significando que não há transferência de calor ao longo da superfície. Todo o fluxo térmico ocorre perpendicularmente à superfície isotérmica.

Exercícios relacionados

Quais duas ocorrências caracterizam a resposta de uma superfície opaca à radiação incidente? Qual das duas afeta a energia térmica do meio delimitado pela superfície e como? Qual propriedade caracteriza essa ocorrência?
O que é irradiação? Qual é sua unidade?
Uma propriedade da matéria importante é definida pela lei de Fourier. Qual é ela? Qual é seu significado físico? Quais são suas unidades?
O que é um material isotrópico?