Como a garrafa térmica impede a propagação de calor por condução

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Garrafa térmica funciona porque suas paredes não permitem a passagem de calor através delas conservando a temperatura do seu conteúdo. Vamos entender como isso acontece?

Entendendo a garrafa térmica

Precisamos entender como funciona a propagação de energia térmica e assim, ficará fácil entender o funcionamento da garrafa térmica ou vaso de Dewar.

A propagação de energia térmica se efetua por três modos diferentes: condução, convecção e radiação.

Para evitar trocas de calor por condução, a ampola interna da garrafa é feita de vidro (mau condutor) com paredes duplas, entre as quais se faz vácuo, que quase não conduz calor, já que há poucas moléculas para realizar essa tarefa.

Para isolar a garrafa das possíveis correntes de convecção (processo que ocorre com movimento de partículas), coloca-se uma tampa bem fechada.

A troca de calor por radiação é evitada espelhando as superfícies interna e externa da ampola, assim, as ondas eletromagnéticas são refletidas, tanto do conteúdo para fora como do ambiente para dentro da garrafa.

Desta maneira, a temperatura no interior da garrafa é mantida por algumas horas. O sistema não é 100% eficiente, logo, o equilíbrio térmico com o meio ambiente acontece após certo tempo. Atualmente outros materiais isolantes, como o isopor, são utilizados para conservar a temperatura de substâncias dependendo do tempo que precisam ser mantidas.

Ilustração da Garrafa Térmica.

Garrafa térmica

A garrafa térmica é um objeto que tem por finalidade conservar a temperatura de certos líquidos em seu interior. Ela pode ser encontrada em diversas casas, pois quem gosta de um bom café precisa de uma boa garrafa. Mas ela também pode ser usada para conservar chá, água quente para chimarrão, etc. Existem diversos modelos e tamanhos de garrafa térmica.

Na figura acima, temos a ilustração de uma garrafa térmica comum (aquelas utilizadas para conservar chá, café, etc.). Ao abrirmos a parte protetora da garrafa térmica veremos que a parte interna é uma garrafa de vidro. Essa garrafa de vidro é um bom isolante térmico, pois há quase um vácuo entre as suas paredes. O fato de haver vácuo entre as paredes dificulta a transmissão de calor por condução.

Podemos observar também que as paredes (interna e externa) da garrafa de vidro são espelhadas com o objetivo de impedir a transmissão de calor por irradiação térmica. Já a tampa da garrafa térmica deve deixar a boca bem fechada, com a finalidade de evitar a transmissão de calor por convecção.

Estufas

Quando nos colocamos próximos a uma janela de vidro que recebe a luz do Sol, logo sentimos nossa pele esquentar. Dessa forma, vemos que o vidro deixa passar as ondas de infravermelho vindas do Sol. As estufas de plantas são constituídas de forma a se tirar proveito disso. Suas paredes de vidro permitem que a luz e as ondas de infravermelho entrem na estufa, onde são absorvidas pelo fundo escuro, aquecendo-o. Esse fundo passa a emitir ondas de infravermelho de frequências mais baixas, que não conseguem atravessar a parede de vidro. Desse modo, o interior da estufa fica mais quente que o seu exterior.

Um fenômeno semelhante acontece com a Terra. O dióxido de carbono (CO2) e o vapor de água presentes na atmosfera da Terra deixam passar as ondas de infravermelho de alta frequência que vêm do Sol e são absorvidas pela Terra. Esta se aquece e passa a emitir ondas de infravermelho de frequências mais baixas, que, por sua vez, têm dificuldade em atravessar a camada de vapor de água e dióxido de carbono.

Isso impede que a Terra perca muito calor por irradiação, principalmente à noite. Esse efeito é denominado de efeito estufa. Nos últimos anos vem aumentando a quantidade de CO2 na atmosfera, intensificando o efeito estufa. Isso pode provocar o aumento de temperatura da Terra, afetando o clima até, numa situação extrema, provocar o derretimento das calotas polares.

A energia que um corpo tem em razão do grau de agitação de suas moléculas é chamada de calor. O calor é energia térmica em trânsito, que vai sempre do corpo mais quente para o copo mais frio. O processo de transferência do calor pode acontecer de três formas diferentes: condução (depende do contato entre o corpo quente com o corpo frio); a irradiação (ocorre em razão da emissão de radiação por alguns corpos e estas têm o poder de aquecer) e por convecção (em razão dos fluídos serem mais densos no frio, eles acabam sendo atraídos pela gravidade). O projeto de uma garrafa térmica usufrui de alguns conceitos físicos para que líquidos colocados lá dentro sejam conservados, mantendo-se quentes ou frios. A primeira condição para evitar transferência de calor é manter as paredes da garrafa separadas e entre elas deve haver vácuo; assim, o processo de transferência por convecção praticamente não ocorre. A segunda condição é que as paredes devem ser espelhadas, tanto dentro quanto fora, evitando que haja trocas de calor com o meio.

Por fim, o abre e fecha da garrafa pode provocar diferença de densidade no fluido, ocasionando trocas de calor com o meio; portanto, mantê-la fechada evita que o fluido troque calor com o meio externo.

Os conceitos físicos são importantes na construção de dispositivos criados a fim de facilitar a vida do ser humano. A garra térmica é um desses dispositivos, e tem como princípio conservar a temperatura dos fluídos, os processos de transferência de energia térmica.

Publicado por Frederico Borges de Almeida

A garrafa térmica foi inventada para impedir a propagação do calor por convecção, radiação ou condução. São constituídas de paredes duplas, tendo vácuo entre elas. Assim, evita-se a transmissão de calor por condução ou convecção. ... Assim não há transmissão de calor por radiação.

Como a garrafa térmica impede a propagação de calor por condução?

A garrafa térmica é construída de forma que os três processos de propagação de calor sejam reduzidos ao máximo. Entre suas paredes há o vácuo, o qual impede a propagação do calor por condução.

Quais os modos de propagação de calor o mecanismo da garrafa térmica evita para exercer sua função?

A função de uma garrafa térmica é impedir as trocas de calor de seu conteúdo com o ambiente externo. Dessa forma é construída de modo a evitar, tanto quanto possível, a condução, a convecção e a radiação.

Como podemos evitar a perda de calor por condução?

O isolamento térmico reduz a perda de calor durante as estações frias e o ganho de calor durante as estações quentes. Materiais isolantes geralmente são compostos por muitos vazios, como lãs minerais, fibras cerâmicas, isopor e poliuretano, por exemplo. Eles ajudarão a reduzir as perdas e os ganhos de calor.

Porque as paredes da garrafa térmica são espelhadas?

O fato de haver vácuo entre as paredes dificulta a transmissão de calor por condução. Podemos observar também que as paredes (interna e externa) da garrafa de vidro são espelhadas com o objetivo de impedir a transmissão de calor por irradiação térmica.

Como evitar trocas de calor com a garrafa?

• Para evitar trocas de calorpor condução, a ampola interna da garrafa é feita de vidro (mau condutor) com paredes duplas, entre as quais se faz vácuo, que quase não conduz calor, já que há poucas moléculas para realizar essa tarefa.

Qual é a radiação térmica?

• A radiação térmica, também conhecida como irradiação, é uma forma de transferência de calor que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas. Como essas ondas podem propagar-se no vácuo, não é necessário que haja contato entre os corpos para haver transferência de calor.

Qual é o conceito da garra térmica?

• Tem mais depois da publicidade ;) Os conceitos físicos são importantes na construção de dispositivos criados a fim de facilitar a vida do ser humano. A garra térmica é um desses dispositivos, e tem como princípio conservar a temperatura dos fluídos, os processos de transferência de energia térmica.

Qual é a condução térmica?

• A condução térmica Tipo de propagação do calor que consiste na transferência de energia térmica entre as partículas que compõe o sistema. Por exemplo: coloca-se uma das extremidades de uma barra metálica na chama de fogo. Após alguns instantes, percebe-se que a outra extremidade também esquenta, mesmo estando fora da chama de fogo.