key concepts
Physics
Heat transfer
Isolating
Material science

Introduction
What Do you do when it gets very cold in winter? Deves ligar o aquecedor, vestir uma camada extra de roupa ou aconchegar-te debaixo de um cobertor quente. Mas já pensaste porque é que um casaco te ajuda a manter-te quente? Porque é que as nossas roupas são feitas de tecidos e não de tiras? Descubra as respostas nesta atividade; seus resultados podem até ajudá-lo a encontrar a melhor maneira de ficar quente no frio!,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 a partir de eletricidade ou gás. No entanto, uma vez que o seu chá está quente, ele não vai ficar quente para sempre. Basta deixar a xícara de chá fora na mesa por um tempo, e você já sabe que vai se tornar mais fresco quanto mais você espera. Isto é devido 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, uma vez que eles estão 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 é geralmente mais frio do que o chá. Uma vez que ambos os objetos atingem a mesma temperatura, a transferência de calor vai parar. A transferência de calor através do movimento de fluidos (líquidos ou gases) é chamada de convecção.

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 matéria aquecida que se move)., Um cabo de pote ficando quente seria um exemplo de condução.

O calor também pode ser transferido através da radiação. Deves ter experimentado isso ao sentar-te à volta de uma fogueira. Embora você não esteja tocando o fogo, você pode senti-lo irradiando calor em seu rosto, mesmo que esteja frio lá fora. Se você gosta de beber o seu chá quente, você pode perguntar como a transferência de calor pode ser reduzida, e como o chá impede de esfriar? A resposta é 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 convecção de um objeto para o outro. Dependendo do material da barreira, o isolamento será mais ou menos eficaz. As barreiras que conduzem o calor muito mal são bons isoladores térmicos, enquanto os materiais que conduzem o calor muito bem têm uma baixa capacidade de isolamento. Nesta atividade, você vai testar quais materiais fazem bons ou maus isoladores térmicos com a ajuda de um copo de água quente., Que material você acha que será mais eficaz?

Materiais

• Cinco frascos de vidro com tampas
• Tesoura (e adultos para ajudar com corte)
• Fita
• folha de Alumínio
• Bubble wrap
• cachecol de Lã ou de outro vestuário em lã
• Papel
• a água Quente da torneira
• Termômetro
• Geladeira
• Timer
• Papel para escrita
• Caneta ou lápis

Preparação

• Corte um pedaço de folha de alumínio, o plástico bolha e papel (ter ajuda de um adulto, se necessário)., Cada peça deve ser grande o suficiente para caber três vezes em torno dos lados do frasco de vidro.pegue na folha de alumínio e enrole-a nas faces de um dos frascos. Devias ter três camadas de alumínio à volta do frasco de vidro. Use a fita para prender a folha ao frasco.em seguida, enrole outro jarro com a bolha para que o vidro também seja coberto em três camadas. Certifica-te de colar o plástico de bolhas no frasco.Use o papel cortado para embrulhar um terceiro jarro em três camadas de papel. Mais uma vez, coloque o papel no frasco de vidro.,pegue outro frasco de vidro e enrole o cachecol ou outro tecido de lã em torno do frasco. Faça apenas três camadas de embrulho e certifique-se de que o cachecol permanece ligado ao frasco.deixe o último frasco sem qualquer embalagem. Este será o teu controlo.

procedimento

• encher cada frasco com a mesma quantidade de água quente da sua torneira.Use o termómetro para medir a temperatura em cada frasco. Coloque o dedo dentro da água de cada frasco (tenha cuidado se a água da torneira está muito quente)—como se sente a temperatura da água?,
• anote a temperatura para cada frasco e feche as tampas. As temperaturas são todas iguais ou há diferenças? Quais são as diferenças? Abre o frigorífico e põe os cinco frascos lá dentro. Certifique-se de que eles ainda estão bem embrulhados. Sente a temperatura do frigorífico—Qual é a sensação da temperatura? põe o termómetro no frigorífico. Que temperatura lê o termómetro quando o pões no frigorífico? assim que todos os frascos estiverem no frigorífico, feche a porta do frigorífico e ajuste o seu temporizador para 10 minutos., O que você acha que vai acontecer com os frascos e a água quente durante esse tempo? depois de 10 minutos, Abre o frigorífico e leva todos os frascos para fora. Os frascos sentem-se diferentes? abra cada frasco, um de cada vez, e medir a temperatura da água com o seu termómetro. Além disso, sente a temperatura com o dedo. A temperatura mudou? Como mudou de acordo com o termómetro? repetir a medição da temperatura de cada frasco e anotar a temperatura de cada material de embalagem. A temperatura em cada frasco mudou da mesma maneira?, Que material de embalagem resultou na mudança de temperatura mais baixa, e que resultou na maior? para uma melhor comparação, calcular a diferença de temperatura desde o início e o fim do ensaio para cada frasco (temperatura a começar versus temperatura após 10 minutos no frigorífico). A partir de seus resultados, você pode dizer qual material é o melhor ou mais fraco isolador térmico? Extra: As temperaturas continuarão a mudar de forma semelhante para cada material? Pode fechar cada frasco novamente e colocá-los de volta no frigorífico por mais 10 minutos., Os resultados são diferentes desta vez ou os mesmos? Extra: a temperatura da água muda 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, colocá-los no congelador ou mantê-los à temperatura ambiente. Quanto é que a temperatura da água muda em 10 minutos? Os diferentes materiais de embalagem comportam-se de forma diferente?
• Extra: tente encontrar outros materiais que considere bons ou maus isoladores térmicos e testá-los. Que material funciona melhor?, Consegues pensar numa razão para isso? Extra: se tirares os frascos do frigorífico após 10 minutos, provavelmente ainda Medes uma diferença de temperatura entre a água dentro do frasco e a temperatura dentro do frigorífico. Você pode manter os frascos de vidro mais longos no frigorífico e medir a sua temperatura a cada 15 a 30 minutos. Quanto tempo demora até que a temperatura da água não mude mais? Qual é a temperatura final da água dentro do vidro? além de escolher o material isolador adequado, quais são as outras formas de melhorar o isolamento térmico?, Repetir este ensaio com apenas um material de embalagem. Desta vez mude a espessura da sua camada isolante. Encontra uma correlação entre a espessura da camada de isolamento e a mudança de temperatura no frigorífico? observações e resultados a água quente arrefeceu significativamente durante os 10 minutos dentro do frigorífico? Embora a temperatura do frigorífico seja muito baixa, a sua água quente tem uma temperatura elevada., À medida que a energia de calor flui do objeto quente para o objeto frio, a energia de calor de sua água quente será transferida para o ar frio circundante dentro do frigorífico, uma vez que você colocar os frascos de vidro dentro. O mecanismo mais significativo de transferência de calor neste caso é a convecção, o que significa que o ar ao lado do jarro 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 arrefece a água dentro do frasco. O calor da água quente é transportado pelo fluxo de ar frio em torno do copo., Se deixou os frascos no frigorífico tempo suficiente, pode ter observado que a temperatura muda até que a água quente atinja a temperatura dentro do frigorífico. Sem uma diferença de temperatura entre a água e o Frigorífico, a transferência de calor vai parar.

  O calor da água também é perdido através da condução: a transferência de calor através do material, que é dependente da condutividade térmica do próprio material. O frasco de vidro pode conduzir o calor relativamente bem. Você percebe que quando você toca o frasco de vidro com a água quente o vidro também se sente quente., Que efeito tiveram os diferentes materiais de embalagem? Você deve ter notado que com materiais de embalagem, a temperatura da água após 10 minutos dentro do frigorífico foi maior em comparação com o controle desembrulhado. Por quê? Embrulhar o frasco de vidro reduz a transferência de calor da água quente para o ar frio dentro do frigorífico. Usando materiais de embalagem que têm uma condutividade térmica muito baixa reduz a perda de calor através da condução. Ao mesmo tempo, o isolador também pode interromper ou reduzir o fluxo de ar frio em torno do frasco de vidro, o que resulta em menos perda de calor através de convecção.,uma maneira de reduzir a convecção é criar bolsas de ar em torno do frasco, por exemplo, usando isoladores como plástico de bolhas, tecido ou lã, que têm um monte de bolsas de ar. O ar em geral é um bom isolador térmico, mas pode transmitir calor através de convecção. No entanto, se as bolsas de ar dentro do material isolante são separadas umas das outras, o fluxo de calor de uma bolsa de ar para outra não pode acontecer facilmente. Esta é a razão pela qual devias ter medido a temperatura mais alta no frasco envolto em bolhas e no frasco envolto em tecido., Isso também explica por que a maioria de nossas roupas são feitas de tecidos e por que você fica mais quente quando você coloca um casaco extra. Papel e papel de alumínio tornam mais fácil para o calor escapar porque eles não têm muitas bolsas de ar.

  More to explore
  Heat Transfer—For Kids, from Real World Physics Problems
  How Animals Stay Warm with Blubber, from Scientific American
  How Does a Thermos Work?(pdf), from Daily Science
  Science Activity for All Ages!, from Science Buddies

  esta actividade trouxe – lhe em parceria com os Science Buddies