Você sabe como funciona a garrafa térmica?
Neste artigo, vamos investigar a física por trás da garrafa térmica, compreendendo o seu funcionamento e os princípios que a possibilitam manter a temperatura de líquidos por períodos prolongados.
A garrafa térmica é um objeto muito comum em nossas vidas, utilizado para manter bebidas quentes ou frias por um longo período de tempo. Mas você já se perguntou como ela funciona? A resposta está na Física, veja tudo nesse artigo.
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Introdução
A garrafa térmica é um objeto muito comum em nossas vidas, utilizado para manter bebidas quentes ou frias por um longo período de tempo. Mas você já se perguntou como ela funciona? A resposta está na Física.
De acordo com a Física, o calor é energia térmica em trânsito, que vai sempre do corpo mais quente para o mais frio.
A garrafa térmica foi desenvolvida para retardar o processo de transferência de calor, para que a temperatura dos líquidos colocados em seu interior seja mantida por um longo período de tempo.
Para isso, a garrafa térmica deve obedecer a algumas condições da Física, como a condução, convecção e irradiação de calor.
Para entender o funcionamento da garrafa térmica, é necessário compreender como ocorrem esses processos de transferência de calor e como a garrafa térmica consegue retardá-los.
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O que é uma garrafa térmica
Uma garrafa térmica é um dispositivo utilizado para manter a temperatura de bebidas, líquidos e alimentos. Ela é composta por um recipiente com paredes duplas, que são separadas por um vácuo. O vácuo é responsável por reduzir a transferência de calor entre o líquido e o ambiente externo.
As paredes duplas da garrafa térmica são geralmente feitas de aço inoxidável, vidro ou plástico. O material escolhido depende do uso pretendido e das preferências pessoais.
Além disso, a garrafa térmica possui uma tampa hermética que evita a entrada de ar e a saída de calor. Algumas garrafas térmicas possuem uma alavanca que, ao ser acionada, libera o líquido sem a necessidade de abrir a tampa.
As garrafas térmicas são amplamente utilizadas em viagens, acampamentos, piqueniques e em casa. Elas mantêm a temperatura dos líquidos por várias horas, permitindo que sejam consumidos com conforto e praticidade.
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Quem inventou a garrada térmica?
A garrafa térmica foi inventada por Sir James Dewar em 1892. Ele era um físico e químico britânico que trabalhava na Universidade de Cambridge.
A garrafa térmica originalmente criada por Dewar era conhecida como “garrafa Dewar” ou “frasco Dewar” e era usada para armazenar líquidos em temperaturas extremamente baixas, como nitrogênio líquido. Mais tarde, a tecnologia foi adaptada para criar a garrafa térmica que conhecemos hoje, que é capaz de manter líquidos quentes ou frios por períodos prolongados de tempo.
Dewar havia lido trabalhos do físico italiano Evangelista Torricelli, que já havia comprovado no século XVII que o vácuo era um bom isolante térmico. O grande desafio enfrentado por Dewar foi encontrar uma forma de manter o vácuo dentro do recipiente.
Para solucionar esse problema, ele projetou uma garrafa de vidro com paredes duplas, onde o ar entre as paredes foi retirado e a garrafa lacrada. Além disso, para evitar que a luz atingisse a solução biológica e provocasse alterações, Dewar espelhou as paredes da garrafa, evitando que as ondas de calor penetrassem ou saíssem do recipiente.
James Dewar (1842-1923) foi um físico e químico escocês que ficou conhecido por suas contribuições no campo da criogenia, tendo sido o primeiro a liquefazer o hidrogênio e o hélio. Além disso, ele também inventou a garrafa térmica, que é um dispositivo projetado para manter a temperatura constante de seu conteúdo por um longo período de tempo.
Ele acreditava que suas descobertas deveriam ser compartilhadas com todos, e por isso não patenteou a invenção da garrafa térmica, considerando-a um presente para a Ciência. Foi somente no início do século XX que Reinhold Burger, um fabricante de vidros alemão, aperfeiçoou a invenção de Dewar, diminuindo o tamanho da garrafa e lançando-a no mercado. A garrafa térmica de Burger foi um sucesso de vendas, tornando-o muito rico.
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A Física por trás da Garrafa Térmica
Processos de transferências de calor
As garrafas térmicas são objetos que utilizam os princípios da Física para manter a temperatura dos líquidos por um período de tempo prolongado. Esses princípios são a condução térmica, a convecção térmica e a radiação térmica.
Condução térmica
A condução térmica é a transferência de calor através de um material sólido ou entre materiais em contato. Em uma garrafa térmica, a parede interna é geralmente feita de vidro, um material com baixa condutividade térmica. Isso significa que o calor não é transferido facilmente através da parede da garrafa, mantendo a temperatura do líquido no interior da garrafa.
Convecção térmica
A convecção térmica é a transferência de calor através do movimento de um fluido, como um líquido ou um gás. Em uma garrafa térmica, o espaço entre as paredes interna e externa é preenchido com um vácuo ou com um gás de baixa condutividade térmica. Isso impede que o calor seja transferido por convecção, mantendo a temperatura do líquido no interior da garrafa.
Radiação térmica
A radiação térmica é a transferência de calor através da emissão de ondas eletromagnéticas. As paredes internas e externa da garrafa térmica são geralmente espelhadas para refletir a radiação térmica de volta para dentro da garrafa, impedindo que o calor escape facilmente.
Em resumo, as garrafas térmicas utilizam a combinação desses três princípios da física para manter a temperatura dos líquidos por um período de tempo prolongado. Ao minimizar a transferência de calor para o ambiente externo, a garrafa térmica ajuda a manter a temperatura do líquido no interior da garrafa, tornando-a uma opção conveniente para transportar bebidas quentes ou frias.
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Como ela mantém a temperatura?
Para manter o conteúdo de uma garrafa térmica em uma temperatura constante, é necessário isolar termicamente o conteúdo do meio ambiente. Isso é feito por meio de procedimentos que reduzem significativamente as trocas de calor entre o conteúdo da garrafa e o meio externo. Para garantir o isolamento térmico do conteúdo da garrafa térmica em relação ao meio ambiente, são utilizados os seguintes métodos:
- As paredes internas da garrafa térmica são compostas de um material com baixa condutividade térmica, como o vidro, a fim de minimizar a transferência de calor por condução entre o conteúdo da garrafa e o ambiente externo.
- As paredes internas são constituídas por duas camadas de material separadas por um espaço vazio, o que reduz significativamente a transferência de calor por condução através das paredes da garrafa térmica
- O material das paredes internas da garrafa é uma camada de vidro espelhado, que tem a capacidade de refletir o calor radiante, diminuindo, dessa forma, as trocas térmicas por radiação.
- Uma forma eficiente de evitar as trocas de calor por convecção na garrafa térmica é mantê-la fechada, impedindo assim que as massas fluidas internas se movam e reduzindo a convecção, o que leva a uma diminuição nas trocas de calor com o meio ambiente.
É importante destacar que não é possível alcançar um isolamento térmico absoluto, mesmo com as medidas mencionadas anteriormente. Em decorrência disso, após algumas horas, o conteúdo armazenado na garrafa térmica atinge o equilíbrio térmico com o ambiente externo.