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title: "Calor e isolamento"
book: "Física do ensino fundamental"
subject: physics
language: pt
chapter: 34
exercises: 11
source: https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/34-calor-e-isolamento
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# Capítulo 34 — Calor e isolamento

Por que o escorregador de metal parece gelado e o banco de madeira ao lado dele não parece? Esse mistério nos persegue desde o primeiro ano deste livro. Hoje ele cai — junto com os segredos da garrafa térmica, da janela dupla e do pardal todo inflado no inverno. A chave é parar de perguntar como as coisas *parecem* e começar a seguir por onde o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) *flui*.

## 34.1 O calor está em trânsito

**Definição 34.1 (Calor).**

*Calor* é [energia](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/29-a-energia-no-dia-a-dia#def-g5-everyday-energy-energy) em trânsito de um corpo mais quente para um mais frio. A sopa passa calor para a colher, o aquecedor passa para a sala, a sua mão passa para uma bola de neve. O calor não é um material escondido dentro das coisas quentes — ele é um *fluxo*, e sempre tem um sentido.

**Proposição 34.2 (O calor flui ladeira abaixo).**

Sozinho, o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) sempre flui do corpo mais quente para o mais frio — nunca ao contrário. O fluxo corre enquanto as duas [temperaturas](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) forem diferentes e vai morrendo conforme elas se encontram: deixados juntos por tempo suficiente, vizinhos quente e frio acabam numa mesma [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature).

**Exemplo 34.3 (Lendo o sentido).**

A colherinha no chá esquenta: o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) fluiu do chá $\to$ para a colher. A limonada com gelo esfria — cuidado! Não entrou nada chamado “frio”: o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) fluiu *da limonada para o gelo*, derretendo-o. O frio não é um fluxo; é só o nome que damos ao lado perdedor. Todos os livros de física dizem “a bebida perde [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat)”, nunca “a bebida ganha frio”.

![Uma regra só para toda cozinha e todo inverno: o calor corre ladeira abaixo, do mais quente para o mais frio, até a ladeira acabar.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g5-heat-and-insulation/fig-00122d3f4230.svg)

*Uma regra só para toda cozinha e todo inverno: o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) corre ladeira abaixo, do mais quente para o mais frio, até a ladeira acabar.*

## 34.2 Pistas rápidas e pistas lentas

**Definição 34.4 (Condutores e isolantes de calor).**

Os materiais diferem muitíssimo na rapidez com que deixam o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) fluir por eles. Um *condutor de calor* é uma pista rápida — os metais acima de todos. Um *isolante térmico* é uma pista lenta: madeira, lã, plástico, penas — e o campeão, o *[ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) parado*, preso de modo que não possa rodopiar. (As palavras foram tomadas de propósito dos [condutores](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/22-condutores-e-isolantes#def-g4-conductors-insulators-conductor) e [isolantes](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/22-condutores-e-isolantes#def-g4-conductors-insulators-insulator) da eletricidade; as duas propriedades andam juntas com frequência, mas nem sempre.)

![Uma manhã de geada no parquinho: o escorregador de metal e o banco de madeira passaram a mesma noite na mesma temperatura — e mesmo assim só um deles vai morder a sua pele.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g5-heat-and-insulation/img-be0c23320bbb.jpg)

*Uma manhã de geada no parquinho: o escorregador de metal e o banco de madeira passaram a mesma noite na mesma [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) — e mesmo assim só um deles vai morder a sua pele.*

**Exemplo 34.5 (O mistério do escorregador, resolvido).**

O escorregador de metal e o banco de madeira passaram a noite na mesma [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) gelada — o [termômetro](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) jurou isso faz tempo. Toque nos dois: a sua mão está mais quente que ambos, então o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) flui de você para cada um deles. Mas o metal é uma pista rápida — ele leva embora o seu [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) num rompante, e é esse *rompante* que a gente sente como “gelado”. A madeira recebe o seu [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) só num fio de água: mal fica fresca. A sua pele nunca esteve medindo [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) — ela mede a velocidade da própria perda de [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat). Caso encerrado, quatro anos depois.

**Método 34.6 (A corrida do esfriamento).**

Veja o isolamento vencer, com números:

1. encha duas canecas iguais com água da torneira igualmente quente ( *peça a um adulto água morna para a mão, não fervendo* );
2. enrole uma das canecas com bastante cachecol de lã; deixe a outra sem nada;
3. finque um [termômetro](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) em cada uma e anote as duas [temperaturas](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) numa tabela a cada cinco minutos, seis vezes;
4. desenhe os dois registros como duas linhas num mesmo gráfico, [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) contra tempo.

A linha da caneca sem nada despenca; a linha da caneca enrolada desce suavemente. Mesmo começo, mesma sala — a lã transformou a saída do [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) numa pista lenta.

![A corrida do esfriamento, desenhada: duas canecas de água a 50\, C numa sala a 20\, C. A lã não consegue impedir a fuga do calor — mas a torna lindamente lenta.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g5-heat-and-insulation/fig-729615dbdb8f.svg)

*A corrida do esfriamento, desenhada: duas canecas de água a $50\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ numa sala a $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. A lã não consegue impedir a fuga do [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) — mas a torna lindamente lenta.*

**Observação 34.7 (O isolamento apenas retarda).**

Olhe para onde as duas curvas estão indo: para os $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ da sala. Cachecol nenhum, garrafa térmica nenhuma, parede de iglu nenhuma jamais impede o fluxo do [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) ladeira abaixo — o isolamento só deixa a pista lenta mais lenta ainda. É também por isso que o casaco no boneco de neve (lembra dele?) atrasou o derretimento sem conseguir salvá-lo: o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) do verão continuou escorrendo para dentro.

## 34.3 A arte de prender o ar

**Exemplo 34.8 (Engenharia de inverno).**

Quase toda coisa quentinha que você tem é uma máquina de prender [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air). A lã aquece você não pelas fibras em si, mas pelos incontáveis bolsões de [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) entre elas; os edredons de pena, o fleece e o pardal inflado feito bolinha num fio congelado jogam todos a mesma carta. As casas entram na brincadeira: as janelas duplas aprisionam uma camada de [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) entre dois vidros, e as paredes isoladas são recheadas com um enchimento fofo que guarda [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air). O [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) parado é a pista lenta campeã — o truque é mantê-lo *parado*.

**Exemplo 34.9 (A garrafa térmica).**

A garrafa térmica é a obra-prima do isolamento: uma garrafa dentro de outra, com o [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) entre elas bombeado para fora até quase nada — e, onde quase não há material, o fluxo de [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) quase não encontra pista (um truque que vale lembrar: é o mesmo vazio que silenciou a campainha no frasco). Acrescente paredes espelhadas para devolver o brilho do [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) para dentro, e o chocolate quente encontra a tarde ainda quente — ou a limonada ainda gelada: a garrafa térmica não sabe nada de quente nem de frio, ela só fecha as pistas, nos dois sentidos.

**Observação 34.10 (Manter o calor, dito direito).**

Agora a velha pergunta do casaco se encerra de vez. Um casaco é [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) preso em volta de um fabricante de [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) — você. O seu corpo despeja [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) para fora o dia inteiro; o casaco transforma esse jorro num fio de água, e você fica quentinho com a sua própria produção. No boneco de neve — sem fabricante de [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) por dentro — o mesmo casaco só retarda o fio de água do verão entrando. O isolamento não tem preferidos: ele retarda o fluxo, em qualquer sentido que ele corra.

## 34.4 Exercícios

**Exercício 34.1 ★.**

O que é [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat), e em que sentido ele flui sozinho? Quando o fluxo para?

**Solução de Exercício 34.1.**

[Calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) é [energia](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/29-a-energia-no-dia-a-dia#def-g5-everyday-energy-energy) em trânsito de um corpo mais quente para um mais frio; sozinho, ele flui só ladeira abaixo, do quente para o frio, e para quando as duas [temperaturas](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) se encontram.

**Exercício 34.2 ★.**

“Feche a porta, você está deixando o frio entrar!” Reescreva a frase da avó do jeito que um livro de física escreveria.

**Solução de Exercício 34.2.**

“Feche a porta, você está deixando o nosso [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) sair!” — o frio não entra; é o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) da casa que sai na direção da rua mais fria.

**Exercício 34.3 ★.**

Separe em pistas rápidas e pistas lentas para o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat): uma panela de cobre; um cachecol de lã; uma colher de aço; [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) parado; uma colher de pau; um edredom.

**Solução de Exercício 34.3.**

Pistas rápidas: a panela de cobre, a colher de aço. Pistas lentas: o cachecol de lã, o [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) parado, a colher de pau, o edredom.

**Exercício 34.4 ★.**

Por que as panelas têm fundo de metal mas cabo de plástico ou de madeira? Responda com as pistas.

**Solução de Exercício 34.4.**

O fundo precisa ser uma pista rápida, empurrando depressa o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) do fogão para dentro da comida; o cabo precisa ser uma pista lenta, mantendo esse mesmo [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) longe da sua mão. Uma ferramenta, os dois talentos, cada um no seu lugar.

**Exercício 34.5 ★.**

Enfim, com as suas palavras: por que o metal parece mais frio que a madeira estando na mesma [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature)? O que a pele mede de verdade?

**Solução de Exercício 34.5.**

Os dois estão na mesma [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature), mas o metal é uma pista rápida: ele leva embora num rompante o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) da sua mão mais quente, e o rompante é a sensação de “gelado”. A pele mede a velocidade da própria perda de [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat), e não a [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature).

**Exercício 34.6 ★.**

Na corrida do esfriamento, por que as duas canecas precisam ser iguais e começar igualmente quentes? Qual diferença única a experiência está testando?

**Solução de Exercício 34.6.**

Uma corrida justa muda uma única coisa — o embrulho. Canecas iguais, mesmo [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) de partida e a mesma sala garantem que só o cachecol explique qualquer diferença entre as duas curvas.

**Exercício 34.7 ★.**

Leia o gráfico do esfriamento: que [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) cada caneca marca, mais ou menos, depois de $15$ minutos? Para qual [temperatura](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) as duas curvas estão indo, e por quê?

**Solução de Exercício 34.7.**

Depois de $15$ minutos: a caneca enrolada marca cerca de $41\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, e a caneca sem nada, cerca de $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. As duas curvas vão em direção aos $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ da sala: o fluxo corre até as [temperaturas](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/15-temperatura-e-termometros#def-g3-temperature-thermometers-temperature) se encontrarem, e o isolamento só torna a viagem mais lenta.

**Exercício 34.8 ★.**

Por que um pardal se infla feito bolinha num fio congelado? Diga três invenções humanas que jogam a mesma carta.

**Solução de Exercício 34.8.**

As penas infladas prendem um cobertor grosso de [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) parado — a pista lenta campeã — em volta do corpo quente do passarinho. A mesma carta: roupas de lã, edredons de pena, janelas duplas (ou fleece, paredes isoladas).

**Exercício 34.9 ★★.**

A mesma garrafa térmica mantém o chocolate quente em julho e a limonada gelada em janeiro. Explique como um único objeto dá conta dos dois serviços — o que a garrafa térmica faz de fato, e com o quê?

**Solução de Exercício 34.9.**

A garrafa térmica não fabrica [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) nem frio: ela fecha as pistas do [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) — o vazio entre as duas paredes dela, o espelhamento para devolver o brilho. No inverno, ela retarda a fuga do [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) do chocolate; no verão, retarda a entrada do [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) do ambiente. Um objeto só, nos dois sentidos, porque tudo o que ele administra é o fluxo.

**Exercício 34.10 ★★.**

Uma sorveteira enrola os potes dela em cobertores grossos de lã num dia quente, e um freguês ri: “Lã serve para manter as coisas quentes!” Defenda a sorveteira com a [Observação 34.10](#rem-g5-heat-and-insulation-coat) — em que sentido o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) está tentando fluir, e o que a lã faz com ele?

**Solução de Exercício 34.10.**

Num dia quente, o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) tenta fluir do [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) quente *para dentro* dos potes gelados. A lã transforma esse fluxo para dentro num fio de água — o mesmo retardo que ela faz em volta de um corpo quente. O isolamento não tem preferidos; quem entendeu isso foi a sorveteira, e não o freguês.

**Exercício 34.11 ★★.**

Duas casas passam pelo mesmo inverno: uma com janelas simples, outra com janelas duplas. Explique com as pistas e o [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) preso por que a casa de janelas duplas queima menos combustível — e por que, pela [Observação 34.7](#rem-g5-heat-and-insulation-onlyslows), ela ainda precisa de *algum* aquecimento.

**Solução de Exercício 34.11.**

A janela dupla aprisiona uma camada de [ar](https://one-course.com/books/physics/1/pt/chapter/10-o-ar-ao-nosso-redor#def-g2-air-around-us-air) parado — uma pista lenta — entre os vidros, de modo que o [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) da casa escorre em fio de água onde a janela simples o deixa jorrar. Menos [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) escapando, menos combustível para repor. Mas o isolamento só retarda o fluxo ladeira abaixo, nunca o impede: algum [calor](#def-g5-heat-and-insulation-heat) sempre vaza na direção do inverno, e o aquecedor precisa continuar repondo.