Como funciona um copo da Stanley ou outros recipientes térmicos

O propósito de um recipiente térmico é impedir que aconteça a transferência de calor entre o líquido em seu interior e o ambiente externo — assim funciona um copo da Stanley e garrafas térmicas, por exemplo. Dessa forma, seja para conservar o seu café bem quente por mais tempo, em uma região com temperatura amena, ou manter a cerveja gelada, em um típico dia de verão, o uso de um frasco térmico é adequado. 

Nesse contexto, para entender como funciona um copo da Stanley e recipientes térmicos de outras marcas, é preciso ter em mente alguns conceitos sobre a propagação de calor. Primeiramente, vale lembrar que o “calor” é uma forma de energia (energia térmica) que, de maneira espontânea, flui de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura. Essa transferência pode acontecer de três maneiras: por condução, por convecção e por radiação.

Três formas de propagação de calor

A condução acontece na presença de matéria, quando ocorre o contato direto. Ao expor um objeto de metal, por exemplo, a uma fonte de calor, as moléculas que compõem a seção exposta serão agitadas pela energia recebida. Em continuidade, a agitação das moléculas de uma seção fazem com que as da seção seguinte também se agitem. Dessa forma, a energia percorre a extensão do item. Se você tocar no objeto quente, o “calor” também vai fluir para a sua mão, devido ao contato direto.

A convecção também acontece na presença de matéria. Ao ligar um aquecedor elétrico de ar dentro de um quarto, por exemplo, o ar da parte inferior do cômodo vai ser aquecido. Por ser menos denso e mais leve, o ar quente sobe. À medida que o ar quente sobe, o ar frio (mais denso e mais pesado), próximo ao teto, desloca-se para baixo. Esse processo é contínuo até que, gradualmente, o quarto seja aquecido.

A radiação, por outro lado, além de fazer o deslocamento de energia no meio material, por meio de partículas, também permite essa propagação no vácuo, por meio de ondas eletromagnéticas. A radiação infravermelha, por exemplo, tem origem na vibração molecular. Quando a agitação é excessiva, parte da energia é convertida em luz.

Componentes do recipiente térmico

Considerando as formas de propagação do calor, é possível entender como funciona um copo da Stanley e outros frascos térmicos. A maioria das versões têm uma câmara interna e outra externa de plástico ou metal, separadas por duas camadas de vidro com vácuo entre elas. O vidro é revestido com uma camada refletiva.

Em alguns recipientes, em vez de vidro, há duas camadas de aço inoxidável, com vácuo e uma camada refletiva entre elas. Normalmente, uma tampa bem apertada e de rosca é adicionada à parte superior do frasco. Veja a imagem:

Sendo assim, os componentes do recipiente térmico impedem, praticamente, todas as formas de transferência de calor. O vácuo impede a condução e a tampa impede que o ar entre ou saia do frasco, impedindo a convecção. Além disso, quando a radiação tenta deixar o líquido quente, o revestimento a reflete de volta. Com isso, a bebida pode permanecer quente por horas. 

Certamente, o mecanismo também funciona para manter a bebida gelada por algumas horas, como promete o copo térmico de cerveja da Stanley e os modelos PTH01B e  PTH01P, da Philco. Assim como é temporariamente impedido de escapar, o calor não pode penetrar, por condução, no frasco a vácuo. A tampa impede a convecção e a radiação é refletida.

Com informações de: Explain that Stuff ¹, Explain that Stuff ², Science ABC e Brasil Escola

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