O café é uma bebida tradicional no Brasil. Muitos brasileiros não vivem sem ele, e os que moram no exterior ficam loucos por um café brasileiro. Esta bebida é tão amada que existem algumas variantes da bebida tradicional. Porém nada substitui o bom e velho cafezinho quentinho. Contudo como deixa-lo quentinho durante o dia todo?
O recipiente mais utilizado para manter o café quentinho tem sido a garrafa térmica. Inventada em 1891 por um Químico e físico escocês Sir James Dewar. Dewar precisava de um local que pudesse transportar gases liquefeitos em baixas temperaturas. Este recipiente era uma garrafa com paredes dupla e ar rarefeito entre elas. Este frasco ficou conhecido como frasco Dewar, usado até hoje para transporte de produtos químicos.
Figura 1: Modelos de modelos de frascos Dewar utilizados atualmente. Fonte1 Fonte2
A partir deste primeiro modelo de 1891, novos usos e designers foram inventados. Até chegar nos modelos que conhecemos hoje da garrafa térmica.
O seu princípio físico de funcionamento não mudou. Ela evita que haja transmissão de calor. Mantendo o líquido na temperatura na qual ele foi colocado ali dentro.
Antes de explicar como a garrafa térmica funciona, vou explicar as formas de transmissão de calor.
Tipos de transmissão de calor:
Condução
Quando encostamos um corpo que possui energia térmica ( quente ou frio) em um outro corpo com ausência de energia,os dois entram em equilíbrio térmico. O primeiro corpo transfere calor para o segundo corpo por contato. Este método de transferência de calor é chamado de condução.
Vamos pensar em dois cubos: o cubo A e o cubo B. O cubo A está muito quente e o cubo B está a temperatura ambiente. Se colocarmos o B em contato com o cubo A , a energia térmica ( neste caso quente) que está no A será transferida para o cubo B por condução.
Convecção
A convecção é o método de transferência de calor por meio do movimento ascendente ou descendente de um fluido.
Os fluidos mais quentes são menos denso por isso eles sobem, os fluidos mais frios são mais densos e ficam mais baixo.
Vamos pensar em uma panela com água em cima do fogão com o fogo aceso. A água na parte de baixo da panela esquenta por condução. Quando o fluido fica quente ele sobe e fica em contato com o ar de fora da panela. Na parte superior da panela, parte do fluido evapora (80 graus celsius) e parte em contato com o ar esfria, descendo para o fundo da panela.
Figura 2: Exemplo de convecção em uma panela. Fonte
Radiação
Todo corpo que está em uma temperatura acima de de zero emite radiação eletromagnética. A radiação é devida ao calor emitido pela agitação das moléculas. Quando mais agitada, mais radiação é emitida e maior a sua temperatura.
Figura 3: Exemplo de um corpo emitindo calor. Fonte
Depois de ver estes conceitos físicos, vamos juntar o que vimos com o funcionamento da garrafa térmica.
A estrutura da garra é construída de forma para não se perder calor, ou para que a perda seja mínima. São duas garrafas, uma dentro da outra, separadas por vácuo (ou uma parede de quase vácuo – ausência de ar). A parede da garrafa de dentro é feita com um material espelhado do lado de dentro, fazendo com que a transferência por radiação fique na parte interna da garrafa.
Figura 4: Interior de uma garrafa térmica. Fonte
O espaço entre as parede não permite a transferência de calor por contato e a tampa oca e com uma boa vedação não permite a transferência de calor por convecção.
Figura 5: Interior de uma garrafa térmica. Fonte
Agora que você sabe como funciona a garrafa térmica e como ela foi inventada. Bora tomar um café quentinho?
REFERÊNCIAS
http://www.gradadm.ifsc.usp.br/dados/20152/FCM0208-1/Transferencia%20de%20Calor.pdf
http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20032/Lucy/garrafa_termica.htm
https://edisciplinas.usp.br/course/view.php?id=7631
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4521305/mod_folder/content/0/Aula%2019/Aula_19a-Introducao_a_Transferencia_de_Calor-PME3238.pdf?forcedownload=1
http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/scenes-p/biog/b0018.html
http://penta3.ufrgs.br/CESTA/fisica/calor/
