6.23
Explique por que uma garrafa térmica (ou um frasco dewar) conserva por muito tempo a temperatura do líquido colocado em seu interior.
Passo 1
O enunciado pergunta por que uma garrafa térmica (frasco dewar) mantém por muito tempo a temperatura do líquido em seu interior. O conteúdo envolvido é transferência de calor por condução, convecção e radiação. Para responder, vamos analisar como cada modo de transferência é minimizado no projeto da garrafa térmica.
Passo 2
A garrafa térmica possui duas paredes separadas por um espaço evacuado (vácuo). Isso elimina praticamente toda troca de calor por condução e convecção no espaço entre as paredes.
- Condução: em um meio sólido ou gasoso, o fluxo de calor é dado por
mas no vácuo o coeficiente
, então
.
- Convecção: em fluidos, o fluxo convectivo é
mas sem fluido (vácuo),
e
.
Além disso, a tampa (stopper) é feita de material pouco condutor e vedado, reduzindo ainda mais condução e convecção na boca da garrafa.
Além disso, a tampa (stopper) é feita de material pouco condutor e vedado, reduzindo ainda mais condução e convecção na boca da garrafa.
Passo 3
A garrafa térmica também minimiza a transferência por radiação por ter superfícies internas metálicas e altamente refletoras. O fluxo radiativo entre duas superfícies é dado por
onde
é a emissividade. Como metais polidos têm
, o termo
fica muito pequeno.
Resposta
A garrafa térmica conserva a temperatura do líquido porque (i) o vácuo entre paredes elimina condução e convecção, (ii) a tampa vedada impede convecção e condução pela abertura, e (iii) as superfícies metálicas refletoras reduzem drasticamente a troca de calor por radiação.