Explique os princípios de funcionamento de uma garrafa térmica. Se possível esquematize ou desenhe para elucidar sua explicação.
Passo 1
O enunciado pede para entender por que a garrafa térmica consegue manter uma bebida quente (ou fria) por longos períodos. O conteúdo envolve isolamento térmico e os três modos de transferência de calor: condução, convecção e radiação. Para explicar, vamos ver quais partes compõem a garrafa e como cada uma age sobre esses modos de calor.
Passo 2
Condução: é a transferência de calor através de um material sólido ou líquido, devido ao choque de moléculas. Se dois corpos em contato têm temperaturas diferentes, o calor flui do mais quente para o mais frio. Na garrafa térmica, o espaço entre o frasco interno e o externo é evacuado (vácuo), e como no vácuo não há matéria, não há moléculas para conduzir calor. Assim, a condução é praticamente eliminada.
Passo 3
Convecção: é o transporte de calor por meio do movimento de fluidos (líquidos ou gases). Em um fluido quente, as camadas mais quentes sobem e as mais frias descem, criando correntes que levam calor embora. Novamente, o vácuo entre as paredes anula a existência de fluido ali, bloqueando completamente a convecção.
Passo 4
Radiação: todo corpo emite radiação infravermelha de acordo com sua temperatura. Para reduzir essa troca de calor por radiação, a parte interna da carcaça (geralmente a face interna do frasco externo e/ou a face externa do frasco interno) recebe um revestimento metálico altamente refletivo (espelhado). Isso faz com que a maior parte da radiação seja refletida de volta ao conteúdo, em vez de escapar para o ambiente.
Passo 5
Vedação e tampa: a tampa costuma ser de material plástico ou cortiça forrada, com vedação que bloqueia a passagem de ar. Isso impede que o calor escape por condução ou convecção na abertura superior. Além disso, a tampa costuma ter um elemento isolante para reduzir ainda mais essas perdas.
Passo 6
Esquemático em corte lateral (ASCII art):
Tampão vedado
_________
/ \
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| Frasco | ← externo (aço inox)
| externo |
|___________|
|‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾| ← revestimento espelhado
| |
| Vácuo | ← quase zero condução/convecção
|___________|
| |
| Frasco | ← interno (vidro)
| interno |
|___________|
Legenda:
• “Frasco externo”: camada protetora e estrutural.
• “Revestimento espelhado”: reflete radiação.
• “Vácuo”: elimina condução e convecção.
• “Frasco interno”: contém o líquido.
• “Tampão vedado”: impede circulação de ar e condução pela abertura.
• “Frasco externo”: camada protetora e estrutural.
• “Revestimento espelhado”: reflete radiação.
• “Vácuo”: elimina condução e convecção.
• “Frasco interno”: contém o líquido.
• “Tampão vedado”: impede circulação de ar e condução pela abertura.
Resposta
A garrafa térmica funciona combinando:
- vácuo entre as paredes (bloqueio de condução e convecção),
- revestimento espelhado (redução de radiação)
e 3. vedação na tampa (impede trocas de calor pela abertura). Esses três elementos mantêm a temperatura interna praticamente constante por muito tempo.