segunda-feira, 17 de fevereiro de 2014

Biografia de James Dewar


James Dewar, 1910.
James Dewar. Nasceu em Kincardine, a 20 de Setembro de 1842, e, faleceu em Londres, a 27 de Março de 1923. Dewar foi um físico-químico escocês, conhecido por ter inventado a Garrafa Térmica e o primeiro a liquefazer o hidrogênio. Foi o mais jovem de seis irmãos e ficou órfão de pai e mãe aos 15 anos. Nasceu em Kincardine-on-Forth e foi educado em Dollar Academy e na Universidad de Edimburgo, onde se graduou. Mais tarde, se tornou professor na Universidad de Cambridge em 1875, tornando-se membro da Royal Institution em 1877. Desenvolveu a fórmula química do benzeno e realizou um extenso trabalho no campo da espectroscopia durante mais de 25 anos. Em 1891, Dewar descobriu o processo para produzir oxigênio líquido em quantidades industriais. Inventou um depósito isolante, o vaso Dewar, para estudar os gases de baixas temperaturas. Ele usou este invento para transportar gases líquidos, como hidrogênio, em 1898. Também foi o primeiro a obter hidrogênio sólido. Em 1905, observou que o carbono frio poderia produzir vácuo. Esta técnica foi muito útil para a experimentação na física atômica. Juntamente com Frederick Augustus Abel desenvolveu explosivos sem fumaça, cujo nome comum é cordite.


Vaso de Dewar (A Garrafa Térmica)

 

Esquema de funcionamento de um frasco de Dewar



Frasco de Dewar, Deutsches Museum, Munique.
Um frasco de Dewar (também conhecido como vaso de Dewar ou garrafa de Dewar, popularmente chamado de garrafa térmica) é um objeto projetado para fornecer um isolamento térmico quase perfeito, dificultando as trocas de calor com o meio externo. Este objeto foi construído a primeira vez pelo físico e químico escocês James Dewar (1842-1923), no século XIX, com o intuito de conservar soluções químicas em temperatura constante. Quando enchido com um líquido quente ou frio, este frasco não permitirá que o calor escape ou entre facilmente, e o líquido permanecerá quente ou frio respectivamente, por um longo tempo, muito mais do que em um recipiente comum. O frasco de Dewar geralmente é feito de vidro ou metal, e utiliza o princípio da dupla camada, ou seja, seria igual a uma garrafa menor dentro de outra maior, e estas duas seladas no mesmo gargalo. No espaço estreito entre elas existe algo próximo do vácuo, já que o ar é praticamente todo retirado, pois o vácuo impede a condução e a convecção do calor. A superfície interna do frasco externo e a superfície externa do frasco interno têm um revestimento reflexivo, geralmente metálico ou similar, para impedir que o calor seja transmitido através de radiação. Na teoria e idealmente falando, um frasco de Dewar poderia manter um determinado líquido em uma temperatura qualquer para sempre, sem que houvesse alterações, mas na prática isso não ocorre, pois de uma forma ou de
Garrafa térmica comum.
outra ocorre alguma troca de calor. O frasco de Dewar foi idealizado e inventado pelo cientista escocês James Dewar em 1892. Surgiu como resultado de pesquisas no campo da criogenia. Ele fazia experimentos para determinar o calor específico do Paládio. Para isso, fez uma câmara de bronze envolvida por outra câmara, entre as duas ele retirou o ar criando uma espécie de vácuo parcial. Para evitar a irradiação, Dewar usou originalmente a prata para refletir os raios que emanam calor. Assim a transferência de energia ocorre quase que inteiramente pelo gargalo, que é geralmente feito de com algum isolante térmico. Isso mantinha soluções químicas na temperatura desejada. O frasco foi feito, mais tarde, com diversos materiais, os mais comuns são vidro e alumínio. O projeto de Dewar foi transformado em um item comercial em 1904, quando dois alemães descobriram que ele poderia ser usado para conservar a temperatura de bebidas quentes ou frias. Dewar nunca patenteou seu invento, mas os homens que descobriram seu uso comercial sim, eles receberam os direitos sobre o produto e o comercializaram. Em alguns países a garrafa térmica ainda é uma marca registrada, mas em muitos lugares é uma marca genérica pela popularidade do produto.


Princípio de funcionamento

Para o recipiente ser eficiente ele deve anular o máximo possível as trocas de calor, essas trocas ocorrem pela condução, convecção e radiação.

  • James Dewar, 1920.
    Solução para a condução: Pela condução a transferência de calor se da pelo choque entre partículas que compõem o sistema, para isso as paredes do frasco interno são isolantes térmicos, dificultando a passagem do calor para o ar rarefeito entre os frascos e exterior. Uma barreira ainda maior para a condução é o próprio ar rarefeito, ele impede que boa parte do calor do recipiente interno vá para o ambiente externo.
  • Solução para a convecção: Pela convecção a troca de calor ocorre nos fluidos, ocasionada pela diferença de densidade dos componentes do sistema, para isso o ar é retirado entre os recipientes, o ar rarefeito que resta realiza as trocas de calor por convecção, mas de maneira muito reduzida.
  • Solução para radiação: Pela radiação o calor é transferido sem que haja contato entre os corpos, se dá por ondas eletromagnéticas. Para evitar essa troca de calor, a parte interna da garrafa é espelhada, desta forma os raios infravermelhos emanados pela substancia dentro da garrafa serão refletidos e a temperatura no interior do recipiente se manterá constante.


Principais usos



Doméstico: Garrafas térmicas são usadas para conservar a temperatura de, geralmente, líquidos a uma temperatura desejada e a pressão de 1 atmosfera, uma garrafa típica manterá um líquido quente por 8 horas e frio por cerca de 24 horas.
  • Cinzas de James Dewar.
    Laboratorial e industrial: Em laboratórios e indústrias, os frascos de Dewar são frequentemente usados para armazenar gás líquidos, como oxigênio e nitrogênio, que necessitam de temperaturas baixíssimas, assim economizado a energia de manter um refrigerador em funcionamento constate. No caso dos gases líquidos, o escapamento do calor no interior extremamente frio do frasco é mínimo e resulta em uma ebulição lenta deles (nesse caso é necessário uma válvula de escape de pressão para evitar a destruição do frasco). A isolação térmica excelente faz com que os gases durem bastante tempo em estado líquido.

 

Segurança


Garrafas térmicas estão em risco de implosão. Garrafas de vidro sob vácuo em particular podem se quebrar inesperadamente. Batidas, arranhões ou rachaduras podem ser um ponto de partida para o rompimento do frasco, especialmente quando a temperatura do frasco muda rapidamente. Garrafas com frasco de vidro interno estão geralmente dentro de um recipiente de metal ou plástico para auxiliar na manipulação, proteger de dano físico e para conter os fragmentos do vidro caso a garrafa quebre. Os frascos de Dewar para armazenamento criogênico são geralmente pressurizados e podem explodir se as válvulas de alívio de pressão não são usadas. Dewar foi agraciado com a Medalha Rumford (1894), Medalha Matteucci (1906), Medalha Albert (1908), Medalha Copley (1916) e a Medalha Franklin (1919).

Referências

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