Sensação de frio em diferentes garrafas no refrigerador

30 de dezembro, 2024 às 13:45 | Postado em Termologia, termodinâmica

Olá, gostaria de saber o que explicaria a sensação de frio quando pegamos  duas garrafas diferentes dentro de uma geladeira, sendo que as duas garrafas já atingiram o equilíbrio térmico. Seria por conta da diferença do calor específico das garrafas ou da capacidade térmica delas?

Obs: a maior parte das respostas que encontrei em livros didático é devido ao fato da capacidade térmica ser diferente, entretanto, gostaria de saber por que então não poderia ser o calor específico?

É importante notar que nossa mão interage termicamente apenas na região de contato da pele com a garrafa.

A capacidade térmica da garrafa é uma grandeza que depende de toda a garrafa. Uma garrafa maior (menor) terá maior (menor) capacidade térmica.

Então se fosse a capacidade térmica da garrafa o fator relevante, quanto maior a garrafa, maior seria a sensação de frio.  Entretanto não é isso que ocorre e pelo que foi acima indicado de fato não poderia ser a capacidade térmica pois a nossa mão não interage com toda a garrafa.

Para haver transferência de energia (na forma de calor) entre a mão e a região de contato o fator mais importante é  a condutividade térmica do material. Pode-se testar colocando no refrigerador uma garrafa de plástico (de PVC) e uma garrafa metálica de alumínio, esperando-se o tempo suficiente pra que ambas estejam em equilíbrio térmico com o interior do refrigerador e portanto ambas estejam na mesma temperatura.

O alumínio possui condutividade térmica muito maior do que o PVC e calor específico semelhante ao do PVC. O calor específico do alumínio é 0,88 kJ/(kg.K) e do PVC 0,9 kJ/(kg.K). A condutividade térmica do alumínio é 237 W/(m.K) e do PVC é no máximo 0,28 W/(m.K).

Se o experimento com as duas garrafas é realizado, se verifica que ao tocá-las com a mão a sensação de frio será maior no caso da garrafa de alumínio devido à maior condutividade térmica do alumínio em relação ao plástico.

Em climas frios, quando a temperatura é diversos graus abaixo de zero, não se deve tocar objetos metálicos com a mão desprotegida, sob pena da pele ficar colada ao metal e se ter queimaduras na mão.

Finalmente, quando caminhamos descalços sobre um carpete e depois sobre um piso de lajotas, apesar de o carpete e o piso estarem na mesma temperatura, sentimos o piso de lajota mais frio do que o carpete pois a condutividade térmica do piso é maior do que a do carpete.

¨Docendo discimus.” (Sêneca)