Como um balão térmico mantém as coisas quentes Coisas quentes e frias frias?

3 semanas ago
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‘Como regra geral, o homem é um tolo, quando é legal ele quer quente, quando está quente ele quer legal’! Eu tenho uma lembrança fraca desta citação estar no meu calendário durante meus dias de escola. Você não concorda que os humanos podem ser bastante contrários? Quando o inverno está aqui, ansiamos por calor e fazemos o que podemos para nos mantermos quentinhos. Então, quando os verões chegam, colocamos nossos olhos nos aparelhos de ar condicionado para nos proteger do calor – o mesmo calor que abraçamos no inverno! A frasco Hermos é um tal invenção que nos salva em nossas necessidades contrárias. Não se trata exactamente de nos manter quentes / frios, mas aplica-se às nossas bebidas preferidas, por exemplo, café, chá, leite, etc.Um frasco térmico, também chamado de  frasco Dewar, é um tipo especial de garrafa em que líquidos quentes como chá e café permanecem quentes e itens frios como gelo ou água fria permanecem frios por um longo tempo. Também é popularmente conhecido por outros nomes, como um  frasco de vácuo ou simplesmente uma garrafa térmica.

Garrafa térmica

(Crédito de imagem: Flickr)

História controversa da garrafa de Dewar

O frasco térmico foi originalmente inventado por um químico escocês, Sir James Dewar, em 1892. A história por trás da invenção do frasco de vácuo é intrigante e um pouco infeliz.

No início da década de 1890, a Dewar construiu uma máquina que poderia fabricar quantidades industriais de oxigênio líquido. No entanto, naquela época, não havia maneira eficaz de armazená-lo sem perder o calor do líquido. Líquidos normais são mantidos em garrafas, mas as garrafas não são particularmente boas para retenção térmica. Esse desafio intrigou Dewar, então ele teve a idéia básica de colocar uma garrafa dentro de uma garrafa – e projetar o interior da garrafa de forma que ela não toque em nada no mundo externo. Este arranjo iria parar, ou pelo menos retardar, o processo de transferência de calor através da condução. A criação de um vácuo entre as duas garrafas deteria o fluxo de calor por meio da convecção e a aplicação de um material refletivo na garrafa interna impediria que o calor escapasse pela radiação. Basicamente, impedir que o calor escape pelos três métodos conhecidos significaria que o líquido quente permaneceria quente. O frasco de Dewar nasceu dessa idéia e serviu para armazenar oxigênio líquido no estado térmico desejado.

Infelizmente, o professor distraído (Dewar) não considerou a ideia de patentear sua invenção! Em uma reviravolta cruel do destino, o frasco de Dewar tornou-se a garrafa térmica . Reinhold Burger suspeitava que o frasco de Dewar era uma ideia de um bilhão de dólares, então ele formou uma empresa, a Thermos (daí chamada de “Thermos”), que patenteou o design do frasco de Dewar para uso comercial! Embora Dewar mais tarde tenha tentado processar a Thermos, ele perdeu no tribunal, e o frasco de Dewar se tornou popularmente a “garrafa térmica”.

Construção e funcionamento de uma garrafa térmica

Um frasco térmico ou um balão de vácuo é um pouco como um jarro super isolado. Uma garrafa térmica típica tem uma câmara de vidro interna e uma de plástico externa. O material externo também pode ser feito de metal, como aço inoxidável, para maior durabilidade do frasco. Entre as camadas interna e externa existe um vácuo. O invólucro de vidro interno é geralmente revestido com uma camada metálica refletiva. Finalmente, há uma tampa roscada apertada no topo do frasco. Essas características básicas e seu arranjo praticamente eliminam toda a transferência de calor por condução, convecção ou radiação.

A construção interna de uma garrafa térmica

-Condução, convecção e radiação

Condução, convecção e radiação são três modos nos quais o calor se propaga.

Se você tocar em um item quente, o calor flui direto para o seu corpo, porque há uma conexão direta entre você e o item quente. Toque ou contato físico é a base principal para o fluxo de calor através da condução .

O fluxo de calor por convecção, por outro lado, pode ocorrer sem contato ou contato explícito. Para entender a convecção, considere o exemplo de um aquecedor de ventilador. Quando você liga um aquecedor, ele sopra ar quente através de uma grade em seu quarto. Este ar quente é mais leve (ou menos denso) do que o ar frio, então ele sobe. Como o ventilador continua soprando ar quente, ele começa a subir e começa a empurrar o ar frio para fora do caminho. Logo, esse processo se torna semelhante a um ciclo, muito parecido com uma esteira invisível de aquecimento, com o aumento do ar e do ar frio sendo substituídos pelo ar quente à medida que aquece gradualmente a sala. A propagação de calor usando um líquido em movimento (ou mesmo um gás) é chamada de convecção .

A dissipação de calor através da radiação é um pouco diferente da condução e convecção. Quando os objetos estão realmente quentes, eles liberam luz. Soa um pouco estranho? Não se preocupe, pense em uma fogueira para entender melhor isso. Em um local de fogueira, você não só experimenta a queima (aquecimento) de madeira, mas também a luz. As fogueiras costumam brilhar em amarelo, laranja ou até vermelho. Isso acontece porque os átomos nos objetos quentes ficam “excitados”. Este estado “excitado” implica que eles são instáveis ​​e precisam fornecer alguma energia, pois são inundados com energia de “calor”. Doar a energia excessiva que os átomos têm quando aquecidos é uma boa maneira de trazê-los de volta ao estado ‘normal’ do estado animado. Esses átomos dão energia na forma de luz. Essa perda ou conversão de calor em luz é chamada de radiação .

cozinhando

Agora que você sabe sobre condução, convecção e radiação, vamos voltar a trabalhar na garrafa térmica. Agora, o principal objetivo de uma garrafa térmica é impedir o fluxo de calor para e do frasco. A câmara interna do frasco é feita de vidro, que é um mau condutor de calor. Portanto, o calor não flui por condução. Como existe um vácuo entre as paredes interna e externa da garrafa, o fluxo de calor por convecção se torna redundante. Finalmente, o prateamento das paredes garante que o calor não seja perdido pela radiação. Como resultado, o líquido mantido em uma garrafa térmica continua a manter seus níveis de calor.

Isso significa que o café que você derramou na garrafa térmica pela manhã ainda estará quente / quente quando você tomar a tarde. Da mesma forma, o refrigerante frio que você põe na garrafa térmica tarde da noite ainda será refrigerado quando você o abrir pela manhã.

Referências:

  1. Bluffton
  2. A Universidade de Illinois em Urbana-Champaign
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