O que você faz quando fica muito frio no inverno? Você provavelmente liga o aquecedor, coloca uma camada extra de roupas ou se aconchega sob um cobertor quente. Mas você já pensou por que uma jaqueta ajuda você a se manter aquecido? Por que nossas roupas são feitas de tecido e não de papel alumínio? Descubra as respostas nesta atividade; seus resultados podem até ajudá-lo a encontrar a melhor maneira de se aquecer no frio! Quer saber mais sobre isolamento térmico, acesse https://refracont.com.br/
Fundo
O calor é uma forma de energia. Você precisa de energia para aquecer algo: por exemplo, uma xícara de chá. Para fazer seu chá, você provavelmente usa energia elétrica ou gás. No entanto, uma vez que o chá esteja quente, ele não ficará quente para sempre. Basta deixar a xícara de chá na mesa por um tempo e você já sabe que ficará mais frio quanto mais esperar. Isso se deve a um fenômeno chamado transferência de calor, que é o fluxo de energia na forma de calor. Se dois objetos têm temperaturas diferentes, o calor flui automaticamente de um objeto para o outro quando eles entram em contato. A energia térmica é transferida do objeto mais quente para o mais frio. No caso do chá, o calor do líquido é transferido para o ar circundante, que costuma ser mais frio que o chá. Assim que ambos os objetos atingirem a mesma temperatura, a transferência de calor será interrompida.
Outro tipo de transferência de calor é a condução, na qual a energia se move através de uma substância (geralmente um sólido) de uma partícula para outra (ao contrário da convecção, onde é a própria matéria aquecida que se move). O cabo de uma panela esquentando seria um exemplo de condução.
O calor também pode ser transferido por radiação. Você pode ter experimentado isso sentado ao redor de uma fogueira. Embora você não esteja tocando o fogo, pode senti-lo irradiando calor em seu rosto, mesmo que esteja frio lá fora. Se você gosta de beber seu chá quente, pode se perguntar como a transferência de calor pode ser reduzida e como o chá evita que esfrie. A resposta é o isolamento térmico. Isolamento significa criar uma barreira entre o objeto quente e o frio que reduz a transferência de calor refletindo a radiação térmica ou diminuindo a condução térmica e a convecção de um objeto para o outro. Dependendo do material da barreira, o isolamento será mais ou menos eficaz. Barreiras que conduzem muito mal o calor são bons isolantes térmicos, enquanto materiais que conduzem muito bem o calor têm baixa capacidade de isolamento. Nesta atividade, você testará quais materiais são bons ou ruins isolantes térmicos com a ajuda de um copo de água quente. Qual material você acha que será mais eficaz? Descubra como economizar dinheiro e aumentar o conforto da sua casa com nosso guia completo sobre isolamento térmico!
Materiais
- Cinco potes de vidro com tampa
- Tesoura (e adulto para ajudar no corte)
- Fita
- Folha de alumínio
- Plástico bolha
- Cachecol de lã ou outras roupas de lã
- Papel
- Água quente da torneira
- Termômetro
- Geladeira
- Cronômetro
- papel para escrever
- Caneta ou lápis
Preparação
- Corte um pedaço do papel alumínio, o plástico bolha e o papel (se necessário, peça a ajuda de um adulto). Cada peça deve ser grande o suficiente para caber três vezes nas laterais da jarra de vidro.
- Pegue o pedaço de papel alumínio e enrole nas laterais de um dos potes. Você deve ter três camadas de papel alumínio ao redor da jarra de vidro. Use a fita para prender a folha ao frasco.
- Em seguida, embrulhe outro pote com o plástico bolha para que o vidro também fique coberto em três camadas. Certifique-se de colar o plástico-bolha no frasco.
- Use o papel cortado para embrulhar um terceiro frasco em três camadas de papel. Mais uma vez, coloque o papel na jarra de vidro.
- Pegue outra jarra de vidro e enrole o lenço ou outro tecido de lã em volta da jarra. Faça apenas três camadas de embrulho e certifique-se de que o lenço fique preso ao frasco.
- Deixe o último frasco sem embrulhar. Este será o seu controle.
Procedimento
- Encha cada frasco com a mesma quantidade de água quente da torneira.
- Use o termômetro para medir a temperatura em cada frasco. Coloque o dedo dentro da água de cada frasco (tenha cuidado se a água da torneira estiver muito quente) — como se sente a temperatura da água?
- Anote a temperatura de cada frasco e feche as tampas. Todas as temperaturas são iguais ou há diferenças? Quão grandes são as diferenças?
- Abra a geladeira e coloque todos os cinco potes dentro. Certifique-se de que eles ainda estão bem embrulhados. Sinta a temperatura da geladeira – como é a temperatura?
- Coloque o termômetro na geladeira. Que temperatura o termômetro marca quando você o coloca na geladeira?
- Quando todos os potes estiverem na geladeira, feche a porta da geladeira e ajuste o cronômetro para 10 minutos. O que você acha que vai acontecer com as jarras e a água quente durante esse tempo?
- Após 10 minutos abra a geladeira e leve todos os frascos para fora. Os frascos parecem diferentes?
- Abra cada frasco, um de cada vez, e meça a temperatura da água com o termômetro. Além disso, sinta a temperatura com o dedo. A temperatura mudou? Como mudou de acordo com o termômetro?
- Repita a medição da temperatura de cada frasco e anote a temperatura de cada material de embalagem. A temperatura em cada frasco mudou da mesma maneira? Qual material de embalagem resultou na menor mudança de temperatura e qual resultou na maior?
- Para uma melhor comparação, calcule a diferença de temperatura do início e fim do teste para cada frasco (temperatura inicial versus temperatura após 10 minutos na geladeira). A partir de seus resultados, você pode dizer qual material é o melhor ou o mais fraco isolante térmico?
- Extra: As temperaturas continuarão a mudar de forma semelhante para cada material? Você pode fechar cada frasco novamente e colocá-los de volta na geladeira por mais 10 minutos. Os resultados são diferentes desta vez ou os mesmos?
- Extra : A temperatura da água varia tanto no frigorífico como no congelador ou à temperatura ambiente? Repita o teste, mas desta vez em vez de colocar os frascos de vidro no frigorífico, coloque-os no congelador ou mantenha-os à temperatura ambiente. Quanto varia a temperatura da água em 10 minutos? Os diferentes materiais de embalagem se comportam de maneira diferente?
- Extra : Tente encontrar outros materiais que você acha que são bons ou ruins isolantes térmicos e teste-os. Qual material funciona melhor? Você consegue pensar em um motivo?
- Extra : Se você tirar os potes da geladeira depois de 10 minutos, provavelmente ainda medirá uma diferença de temperatura entre a água dentro do pote e a temperatura dentro da geladeira. Você pode manter os potes de vidro por mais tempo na geladeira e medir sua temperatura a cada 15 a 30 minutos. Quanto tempo leva até que a temperatura da água não mude mais? Qual é a temperatura final da água dentro do copo?
- Extra : Além de escolher o material isolante certo, quais são as outras formas de melhorar o isolamento térmico? Repita este teste com apenas um material de embalagem. Desta vez, mude a espessura de sua camada isolante. Você encontra uma correlação entre a espessura da camada de isolamento e a mudança de temperatura na geladeira?
Observações e resultados
Sua água quente esfriou significativamente durante os 10 minutos na geladeira? Embora a temperatura do refrigerador esteja muito baixa, a água quente está em alta temperatura. Como a energia térmica flui do objeto quente para o objeto frio, a energia térmica da água quente é transferida para o ar frio circundante na geladeira assim que você coloca os copos. O mecanismo de transferência de calor mais significativo nesse caso é convecção, o que significa que o ar perto do recipiente quente é aquecido pela água quente. Em seguida, o ar quente é substituído por ar frio, que também é aquecido. Ao mesmo tempo, o ar frio esfria a água da jarra. O calor da água quente é transportado ao redor do copo pelo fluxo de ar frio. Se você deixou os potes na geladeira por muito tempo, deve ter notado que a temperatura muda até que a água quente atinja a temperatura da geladeira. Sem uma diferença de temperatura entre a água e o refrigerador, a transferência de calor é interrompida.
O calor da água também é perdido por condução: a transferência de calor através do material, que depende da condutividade térmica do próprio material. O jarro de vidro pode conduzir o calor relativamente bem. Você percebe que quando toca a jarra de vidro com a água quente, o vidro também fica quente. Que efeito tiveram os diferentes materiais de embalagem? Você deve ter notado que para os materiais de embalagem, após 10 minutos na geladeira, a temperatura da água era maior do que o controle sem embalagem. Por que? Embrulhar a jarra de vidro reduz a transferência de calor da água quente para o ar frio na geladeira. O uso de materiais de embalagem com condutividade térmica muito baixa reduz a perda de calor por condução.
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Isolante_t%C3%A9rmico
