A incrível tecnologia do vácuo

Recentemente, comecei a usar um frasco selado a vácuo de 50 anos que pertenceu ao meu avô, para não ter que sair da masmorra com tanta frequência para obter mais cafeína. Além de parecer totalmente incrível na minha mesa lateral, essa coisa ainda funciona como nova, pelo menos até onde eu sei – é mais velha do que eu.

É claro que isso me fez pensar como funcionam exatamente os frascos selados a vácuo, mais conhecidos nos círculos domésticos como garrafas térmicas, e como foram inventados. O frasco selado a vácuo é uma tecnologia surpreendentemente antiga. Foi inventado pela primeira vez pelo químico escocês Sir James Dewar e apresentado ao Royal Institute em 1892. Seis anos depois, ele seria a primeira pessoa a liquefazer o hidrogênio e é considerado um dos fundadores da criogenia.

Na época, a liquefação de gases era um processo caro e era importante mantê-los em estado fluido pelo maior tempo possível. O frasco de Sir Dewar consistia em dois frascos separados por um quase vácuo que faz grande parte do trabalho de retenção de calor. O calor não pode viajar através do vácuo, então o conteúdo permanece na temperatura por muito mais tempo do que fora do frasco.

Esses recipientes têm muitos outros usos além de manter o café quente ou o chá gelado. Eles são amplamente utilizados nos campos industrial, científico e médico para tudo, desde a preservação de fluidos e tecidos corporais até a medição de energia elétrica, registro do clima e detecção da taxa de subida de um avião. Frascos selados a vácuo também são usados ​​em máquinas de ressonância magnética para manter o ímã supercondutor resfriado. E ainda são usados ​​para manter líquidos os gases liquefeitos.

Por que os frascos selados a vácuo são tão eficazes na retenção de calor? Isso depende de como você encara as coisas, pois existem quatro maneiras principais de descrever a perda de calor – convecção, condução, radiação e evaporação.

Começando de cima, essa tampa bem ajustada veda a câmara e evita a transferência de calor por convecção e evaporação. O quase vácuo entre os frascos interno e externo ajuda a evitar ainda mais a perda de calor por convecção.

As paredes finas do frasco evitam a condução de calor da mesma forma que você pode colocar uma única folha de papel alumínio desdobrada na torradeira, colocá-la na altura que desejar e retirá-la com as mãos nuas quando o pão de salsicha estiver torrado. Paredes finas têm menos massa, por isso não conduzem o calor para longe do líquido dentro do recipiente.

Na época em que os frascos eram revestidos de vidro, eles tinham um revestimento prateado que evitava a perda de calor por radiação. As pessoas se cansaram de substituir suas garrafas térmicas toda vez que as deixavam cair, então é muito mais provável que os frascos de hoje sejam revestidos de aço.

Olhando para trás, a partir do século 21, é fácil presumir que as aplicações quentes e frias foram pensadas ao mesmo tempo, mas esse não é o caso. O frasco selado a vácuo não foi a primeira incursão de Sir James Dewar na manutenção da temperatura a longo prazo. Junto com o físico e compatriota Peter Tait, ele desenvolveu um cálice isolado a vácuo para manter as substâncias aquecidas cerca de vinte anos antes. O frasco selado a vácuo de Sir Dewar, destinado a manter os gases liquefeitos resfriados, tinha um gargalo muito mais estreito do que o cálice quente e era revestido com um revestimento prateado que evitava a perda de calor por radiação.

Sir Dewar era famoso por ser cabeça quente. Ele teve um desentendimento com Alfred Nobel por causa da patente da cordite e nunca patenteou seu frasco selado a vácuo. Um de seus sopradores de vidro, Reinhold Burger, juntamente com outro soprador de vidro, Albert Aschenbrenner, descobriram que o frasco também mantinha o leite do bebê aquecido por várias horas e perceberam seu potencial comercial. Eles patentearam a garrafa térmica em 1904. Sir Dewar mais tarde perdeu o processo judicial contra a empresa. Embora o reconhecessem como o inventor, ele não havia patenteado sua invenção, então eles estavam dentro de seus direitos.

Aqui está uma curiosidade sobre termodinâmica, cortesia de nosso próprio [Adam Zeloof] - uma cerveja deitada na geladeira esfriará mais rápido do que a lata vertical ao lado dela. Isto ocorre porque os cilindros horizontais têm maior transferência de calor do que os cilindros verticais no que diz respeito à convecção natural. Isso vale para qualquer líquido em um cilindro selado, não apenas o tipo alcoólico e gasoso. Então, lembre-se que da próxima vez a bodega só terá caixas quentinhas de Pabst Blue Ribbon e garrafas de Club Mate. Resfrie-o lateralmente e despeje-o em um frasco a vácuo.