Capítulo 12O planeta onde o chumbo derrete

Irradiação, efeito estufa e balanço térmico

Vênus reflete três quartos da luz do Sol e absorve, por metro quadrado, menos energia que a Terra — e mesmo assim a superfície está a 467 °C, quente o bastante para derreter chumbo. Não é a distância: é o cobertor.

Neste capítulo você vai

Reconhecer a radiação como o terceiro caminho do calor, o único que atravessa o vácuo, e saber que todo corpo irradia mais quanto mais quente está
Separar a luz refletida da absorvida pelo albedo e montar o balanço do planeta: em equilíbrio, o que entra é igual ao que sai
Explicar o efeito estufa como física, transparente à luz visível e opaco ao infravermelho, e medir a espessura do cobertor: 33 graus na Terra, 511 em Vênus

Assista ao episódio 12

Este capítulo acompanha o episódio 12 da série no canal. Assista antes ou depois da leitura — o vídeo é público e gratuito.

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O caso: o planeta onde o chumbo derrete

Vênus tem 12 104 km de diâmetro — a Terra tem 12 756 — e fica a 0,72 unidade astronômica do Sol, quase três quartos da nossa distância. É o planeta mais parecido com o nosso em tamanho. E na superfície dele faz cerca de 467 °C. O chumbo funde a 327,5 °C: em Vênus, um bloco de chumbo deixado no chão vira poça. A pressão do ar é 93 vezes a da Terra, o ar é quase todo gás carbônico, e as nuvens são de ácido sulfúrico.

Duas colunas de termômetro lado a lado, a da Terra marcando 15 graus Celsius e a de Vênus marcando 467, com a fusão do chumbo marcada em 327,5; abaixo de cada coluna, uma barra da energia solar absorvida por metro quadrado: 238 watts na Terra e 157 em Vênus, a barra de Vênus menor. — **Figura 12.1** — O caso em duas colunas e duas barras: Vênus absorve menos energia do Sol por metro quadrado que a Terra e é 450 graus mais quente.

A primeira explicação que vem à cabeça é a distância: Vênus está mais perto do Sol, logo é mais quente. Só que Mercúrio está mais perto ainda, e o dia mais quente de Mercúrio chega a 430 °C — Vênus é 37 °C mais quente que ele. E há um número que derruba de vez a ideia da distância: Vênus reflete 76% da luz que recebe, por causa das nuvens. Feita a conta, cada metro quadrado de Vênus absorve, em média, 157 W de energia solar; cada metro quadrado da Terra absorve 238 W. Vênus absorve menos que a Terra — e é 450 graus mais quente.

A diferença tem nome: efeito estufa. Na Terra ele existe também, e é ele que faz a média do planeta ser 15 °C em vez de −18 °C. Este capítulo fecha a série com o terceiro caminho do calor, a radiação, que é como o Sol chega até aqui; com o balanço entre o que um planeta recebe e o que devolve; e com o cobertor de gás que, na Terra, vale 33 graus e, em Vênus, mais de quinhentos.

O terceiro caminho: a radiação atravessa o vácuo

O capítulo 10 mostrou o calor atravessando a matéria pela condução, de molécula em molécula. O capítulo 11 mostrou o ar quente subindo e levando energia com ele, a convecção. Entre o Sol e a Terra há 150 milhões de quilômetros de vácuo: sem matéria, não há condução; sem ar, não há convecção. E mesmo assim a energia chega. O terceiro caminho é a radiação: a energia viaja como onda eletromagnética — luz visível, infravermelho, ultravioleta — e onda eletromagnética não precisa de meio.

Três painéis. À esquerda, uma barra de metal com uma seta do fluxo de calor da ponta quente para a fria: condução. No centro, o ar aquecido acima de uma chama, com a seta da velocidade do ar para cima: convecção. À direita, o Sol e a Terra separados por um vazio, com linhas onduladas atravessando o vácuo: radiação, sem seta. — **Figura 12.2** — Os três caminhos do calor. Só o terceiro atravessa o vácuo; e é o único em que a energia viaja sem meio algum.

Definição

Radiação térmica

É a transferência de calor por onda eletromagnética. Não precisa de meio: atravessa o vácuo.
Todo corpo com temperatura acima do zero absoluto irradia — o Sol, a brasa, o seu corpo, o chão à noite.
Vai em todas as direções a partir do corpo que emite; não tem "para cima" nem "para baixo".

O capítulo 1 abriu a série numa noite de céu limpo, a −89,2 °C, e disse que aquele lugar não "fazia frio": perdia calor. Agora dá para fechar a frase. Sem nuvem, o chão gelado irradiava infravermelho direto para o espaço, e nada devolvia. Radiação foi o caminho de saída. É o mesmo caminho pelo qual o Sol entra. Um planeta, no fim das contas, só conversa com o resto do universo por radiação: nada conduz e nada convecta através do vácuo.

Caminho	Precisa de meio?	Exemplo
condução	sim, sólido	colher na panela
convecção	sim, fluido	ar sobre a chama
radiação	não	o Sol na pele

Atenção

O calor não "sobe"

Calor não tem direção própria. O que sobe na convecção é o ar quente, menos denso. A radiação sai de um corpo em todas as direções, inclusive para baixo: o chão à noite irradia para o céu, o telhado quente irradia para dentro da casa. Diga "o ar quente sobe" e "o corpo irradia em volta" — nunca "o calor sobe".

Todo corpo irradia: mais quente, mais irradia

Uma brasa a 700 °C brilha vermelha. Um filamento a 2 500 °C brilha branco. Um ferro de passar a 200 °C não brilha, mas a mão sente o infravermelho a um palmo de distância. E um bloco de gelo a 0 °C irradia também, só que pouco e só no infravermelho. A regra qualitativa tem duas partes: quanto mais quente, mais energia o corpo irradia por segundo, e quanto mais quente, mais "azul" é a radiação — comprimento de onda menor. É por isso que a brasa passa de vermelho-escuro a laranja e a branco enquanto esquenta.

Três corpos em fila, do frio ao quente: gelo, ferro de passar e brasa, cada um com uma coluna de termômetro ao lado, cada vez mais alta, e uma barra horizontal da potência irradiada, cada vez mais longa; a brasa tem a barra muito maior que as outras. — **Figura 12.3** — Temperatura é coluna, potência irradiada é barra. A barra cresce muito mais depressa que a coluna.

A parte que a prova não cobra, mas que este capítulo mostra uma vez para a conta de Vênus fechar, é a lei de Stefan-Boltzmann: a potência irradiada por metro quadrado de um corpo ideal é σ·T⁴, com a temperatura em kelvin e σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/(m²·K⁴). A quarta potência é o que importa: dobrar a temperatura absoluta multiplica a radiação por dezesseis. Um corpo a 600 K irradia dezesseis vezes mais que a 300 K por metro quadrado. A lei serve aqui para uma pergunta só — a que temperatura um planeta devolve ao espaço exatamente o que absorve do Sol? — e não é cobrada no ENEM. O que se cobra é a ideia: mais quente, mais irradia, e em comprimento de onda menor.

Dica ENEM

Dica ENEM: kelvin, sem "grau"

Toda conta de radiação usa a temperatura absoluta: 27 °C são 300 K, e 467 °C são 740 K. A unidade se chama kelvin, símbolo K, sem a palavra "grau" — o kelvin não tem grau. Quem põe 27 na fórmula no lugar de 300 erra a radiação por um fator enorme, porque a temperatura está elevada à quarta.

Absorver ou refletir: o albedo

A luz que chega a uma superfície tem dois destinos: parte é refletida e parte é absorvida. A fração refletida se chama albedo. Um campo de neve reflete uns 80% — albedo 0,8 — e absorve 20%. Asfalto reflete uns 10% e absorve 90%. O capítulo 6 mostrou a areia escura queimando o pé ao meio-dia enquanto o mar continuava morno: a areia absorve mais luz do que a água reflete, e o calor específico dela é cinco vezes menor. Quem absorve mais, esquenta mais.

Dois cubos de um metro sob a mesma luz: um claro, que devolve uma barra grande de luz refletida e absorve uma barra pequena, e um escuro, que reflete pouco e absorve quase tudo. Ao lado, as barras de albedo da Terra, 0,30, e de Vênus, 0,76. — **Figura 12.4** — Albedo é a fração refletida. O escuro absorve mais; e Vênus, coberto de nuvens, reflete duas vezes e meia o que a Terra reflete.

Definição

Albedo

Albedo é a fração da luz que uma superfície reflete: entre 0 (absorve tudo) e 1 (reflete tudo).
O que não é refletido é absorvido: fração absorvida = 1 − albedo.
Terra: albedo médio 0,30 (nuvens, gelo, oceano, terra). Vênus: 0,76 — as nuvens de ácido sulfúrico refletem três quartos da luz.

E aqui está o número que derruba a explicação da distância. Vênus está mais perto do Sol e recebe, no topo das nuvens, 2 622 W em cada metro quadrado voltado para o Sol — quase o dobro dos 1 361 W/m² da Terra. Mas 76% disso volta para o espaço sem esquentar nada. Da Terra, só 30% volta. Feita a conta inteira, que os exemplos resolvidos mostram, cada metro quadrado de Vênus fica com 157 W e cada metro quadrado da Terra fica com 238 W.

Atenção

O albedo de Vênus é das nuvens — e nuvem é atmosfera

Os 76% refletidos por Vênus vêm das nuvens de ácido sulfúrico, que fazem parte da atmosfera. Por isso a frase correta é: com o que Vênus absorve hoje, sem o efeito estufa, ficaria a −44 °C. Não é "sem atmosfera seria mais frio" — sem atmosfera não haveria nuvem, o planeta refletiria bem menos, absorveria mais e seria mais quente do que essa conta diz.

O balanço: o que entra tem de sair

O capítulo 1 disse que a única coisa que um termômetro sabe fazer é entrar em equilíbrio: ele recebe calor até ficar à mesma temperatura do que está medindo, e então para de mudar. Um planeta é um termômetro gigante em equilíbrio com o Sol. Recebe energia por radiação, o dia inteiro, há bilhões de anos. Se só recebesse, esquentaria sem parar. Não esquenta sem parar porque devolve: irradia infravermelho para o espaço. E irradia tanto mais quanto mais quente está — é a regra da seção anterior. A temperatura sobe até o ponto em que o que sai iguala o que entra. Ali ela para. É o equilíbrio.

Extrato do planeta em duas barras iguais: entra 238 watts por metro quadrado de luz do Sol absorvida, sai 238 watts por metro quadrado de infravermelho irradiado para o espaço. Ao lado, a coluna do termômetro parada: em equilíbrio, a temperatura não muda. — **Figura 12.5** — O extrato do planeta: a barra que entra e a barra que sai têm o mesmo tamanho. É por isso que a coluna do termômetro para.

Sinal declarado: energia absorvida do Sol é Q > 0, recebida; energia irradiada para o espaço é Q < 0, cedida. Em equilíbrio, por metro quadrado e por segundo: entra 238 W, sai 238 W, e a soma dá zero. É o extrato de calor dos capítulos 6, 7 e 8 — a soma dos Q igual a zero — escrito para o planeta inteiro. Com uma diferença que a série exige declarar: o planeta não é um sistema isolado. Ele troca energia o tempo todo; a soma dá zero porque a entrada e a saída se igualam, não porque não há troca.

Definição

Balanço térmico de um planeta

Entra: a luz do Sol absorvida — a que chega menos a que o albedo reflete.
Sai: o infravermelho que o planeta irradia, e que cresce com a temperatura.
Equilíbrio: entra = sai. Se entra mais do que sai, a temperatura sobe (e a saída cresce) até igualar. Se sai mais, a temperatura cai até igualar.

Agora a conta mostrada, com o σ da seção anterior. Que temperatura a Terra precisa ter para irradiar exatamente os 238 W/m² que absorve? Se a superfície irradiasse direto para o espaço, seria σ·T⁴ = 238, e a raiz quarta de 238 ÷ (5,67 × 10⁻⁸) dá T ≈ 255 K — cerca de −18 °C. Esse é o número da Terra sem efeito estufa, com o albedo de hoje: dezoito graus abaixo de zero, oceanos congelados. A média real do planeta é 15 °C. Faltam 33 graus, e eles não vêm do Sol.

Dica ENEM

Dica ENEM: o balanço é "entra = sai", nunca "entra e fica"

A prova descreve uma situação — o planeta, a casa, o corpo humano, o aquecedor solar — e pergunta o que acontece com a temperatura. O raciocínio é sempre o mesmo: compare o que entra com o que sai. Entra mais, esquenta; sai mais, esfria; igual, a temperatura fica constante. "Ficar constante" não quer dizer que nada está entrando: quer dizer que sai a mesma coisa que entra.

O cobertor: o efeito estufa

Os 33 graus vêm da atmosfera, e o mecanismo é uma assimetria. A luz do Sol chega principalmente como luz visível, e o ar é transparente à luz visível: ela atravessa e esquenta o chão. O chão, a uns 15 °C, irradia de volta — mas irradia infravermelho, porque é frio perto do Sol e o comprimento de onda cresce quando a temperatura cai. E para o infravermelho o ar não é transparente: o vapor d'água, o gás carbônico e o metano absorvem parte dele e o devolvem em todas as direções, inclusive para baixo. Uma parte do que ia sair volta para o chão. O chão, então, precisa ficar mais quente para conseguir empurrar para o espaço os mesmos 238 W/m² — e fica: a 15 °C em vez de −18 °C.

Corte da atmosfera da Terra sobre o chão. Linhas onduladas da luz visível descem do alto, atravessam a camada de ar e chegam ao chão. Do chão sobem linhas onduladas de infravermelho: parte atravessa e sai, parte é retida pela camada e volta. À direita, a coluna do termômetro com duas marcas, menos 18 sem o cobertor e 15 com ele, e a cota de 33 graus entre elas. — **Figura 12.6** — O cobertor: transparente à luz que entra, opaco ao infravermelho que tenta sair. A cota entre as duas marcas é a espessura do cobertor: 33 graus.

É por isso que a analogia da série é o cobertor. O cobertor não é uma fonte de calor: ele não esquenta nada por conta própria. O que ele faz é dificultar a saída. O seu corpo produz a mesma energia com ou sem cobertor; com ele, a energia sai mais devagar, e a temperatura debaixo dele sobe até que o que sai iguale de novo o que o corpo produz. A atmosfera faz isso com o planeta: deixa a luz entrar e segura parte do infravermelho que tenta sair. Na Terra, o cobertor tem 33 graus de espessura.

Definição

Efeito estufa

A atmosfera é transparente à luz visível que entra e parcialmente opaca ao infravermelho que o chão irradia.
Parte do infravermelho é absorvida pelos gases de efeito estufa (vapor d'água, gás carbônico, metano) e devolvida ao chão.
Resultado: para devolver ao espaço o que absorve, a superfície precisa ficar mais quente. Na Terra: 15 °C em vez de −18 °C.

Atenção

Efeito estufa não é poluição

Sem efeito estufa, a Terra seria uma bola de gelo a −18 °C. O efeito existe há bilhões de anos e é ele que faz o planeta habitável. O problema é o excesso: mais gás de efeito estufa, cobertor mais grosso, temperatura de equilíbrio mais alta. É uma questão de quantidade, não de existir ou não existir.

Planeta	Absorve	Superfície
Terra	238 W/m²	15 °C
Vênus	157 W/m²	467 °C

Vênus: o cobertor levado ao fim

Agora a conta de Vênus. Com o que Vênus absorve hoje, 157 W/m², sem o efeito estufa a temperatura de equilíbrio seria a raiz quarta de 157 ÷ (5,67 × 10⁻⁸): cerca de 229 K, ou −44 °C. Quarenta e quatro graus abaixo de zero — mais frio que a Terra sem cobertor, porque absorve menos. A superfície real está a 467 °C. A diferença é 467 − (−44) = 511 graus. Em Vênus, o cobertor tem quinhentos graus de espessura.

Duas colunas de termômetro em escala. A da Terra vai de menos 18 sem efeito estufa a 15 com ele, uma cota curta de 33 graus. A de Vênus vai de menos 44 a 467, uma cota longa de 511 graus, com a marca de 327,5 da fusão do chumbo e a de 430 do dia mais quente de Mercúrio atravessando a coluna. — **Figura 12.7** — As duas cotas: 33 graus na Terra, 511 em Vênus. A fusão do chumbo e o dia de Mercúrio ficam dentro do cobertor de Vênus.

O que faz o cobertor de Vênus ser tão grosso é a atmosfera: 93 vezes a pressão da nossa, quase toda de gás carbônico. É opaca ao infravermelho de um jeito que a da Terra não é. A luz visível que atravessa as nuvens e chega ao chão esquenta a superfície; o infravermelho que a superfície irradia quase não consegue sair. A temperatura sobe até que a pouca fração que escapa iguale os 157 W/m² que entram. E ela só iguala a 467 °C. O chumbo, que funde a 327,5 °C, fica 140 graus acima do próprio ponto de fusão. Em kelvin, 467 + 273 = 740 K.

Atenção

Não é a distância

Vênus não é quente por estar mais perto do Sol. Mercúrio está mais perto e o dia mais quente dele chega a 430 °C, 37 graus abaixo de Vênus — e a noite de Mercúrio, sem atmosfera para segurar nada, cai a −180 °C. Vênus, com nuvens que refletem três quartos da luz, absorve por metro quadrado menos que a Terra. A temperatura de Vênus é obra do cobertor, não da distância.

E a pressão de 93 atmosferas conversa com o capítulo 9. Lá, a água ferveu a 71 °C no Everest e a 121 °C na panela de pressão, porque ferver depende da pressão. A 93 atm, a água ferveria acima de 300 °C — mas em Vênus não há água líquida para ferver: a 467 °C, com essa pressão, qualquer água seria vapor. O cobertor levado ao fim não tem oceano.

Dica ENEM

Dica ENEM: Vênus e Mercúrio na mesma alternativa

Quando a questão compara planetas, o tropeço está pronto: "mais perto do Sol, mais quente". A resposta certa passa pelo albedo e pela atmosfera. Vênus reflete mais e absorve menos que a Terra, e mesmo assim é o planeta mais quente do Sistema Solar; Mercúrio, sem atmosfera, esquenta de dia e congela à noite. O que decide é o cobertor, não a distância.

Esta é a última peça da série, e ela fecha o tema que abriu o primeiro capítulo: o planeta é uma máquina de espalhar calor. O Sol entrega energia por radiação; a areia e o mar a absorvem em ritmos diferentes; a brisa a carrega por convecção; o chão a conduz; e o planeta inteiro a devolve ao espaço, de novo por radiação, até que o que sai iguale o que entra. Temperatura é o que se mede nesse equilíbrio. Calor é o que se move para chegar a ele.

Exemplos resolvidos

Toda conta deste livro é feita em três tempos: a fórmula, a substituição dos números (já nas unidades certas) e o resultado com a unidade. Nas contas de balanço há um passo antes: declarar o sinal — energia absorvida é Q > 0, recebida; energia irradiada é Q < 0, cedida — e dizer que a soma dá zero no equilíbrio.

Exemplo 1 — O que a Terra recebe

No topo da atmosfera, a luz do Sol chega com 1 361 W em cada metro quadrado voltado para ele. Espalhada sobre a esfera inteira, dia e noite, e descontado o albedo de 0,30, quanto cada metro quadrado da Terra absorve em média?

Fórmula. média na esfera = constante solar ÷ 4 ; absorvido = média × (1 − albedo)

Substituição. média = 1 361 ÷ 4 ; absorvido = 340 × (1 − 0,30) = 340 × 0,70

Resultado. média ≈ 340 W/m² ; absorvido ≈ 238 W/m²

Conferência. o disco iluminado tem área π·R², a esfera tem 4·π·R² — por isso o 4. E 30% de 340 são 102 W/m² refletidos; 340 − 102 = 238, o mesmo número.

O Sol à esquerda e, à direita, a Terra com o disco que ela oferece à luz desenhado como um círculo plano e a esfera inteira ao lado; um cartão diz que a área da esfera é quatro vezes a do disco, e por isso 1 361 vira 340 watts por metro quadrado. — **Figura 12.8** — O Exemplo 1 em desenho: a luz cai num disco, mas se espalha numa esfera — quatro vezes a área.

Exemplo 2 — O que Vênus recebe

Em Vênus a luz do Sol chega com 2 622 W/m², e o albedo é 0,76. Quanto cada metro quadrado de Vênus absorve em média?

Fórmula. média = 2 622 ÷ 4 ; absorvido = média × (1 − 0,76)

Substituição. média = 2 622 ÷ 4 ≈ 655 ; absorvido = 655 × 0,24

Resultado. média ≈ 655 W/m² ; absorvido ≈ 157 W/m²

Conferência. 157 é menor que os 238 da Terra. Vênus recebe quase o dobro no topo das nuvens e absorve menos, porque reflete duas vezes e meia mais (0,76 ÷ 0,30 ≈ 2,5). A distância de 0,72 UA confere: (1 ÷ 0,72)² ≈ 1,93, e 2 622 ÷ 1 361 ≈ 1,93 — a luz enfraquece com o quadrado da distância.

Exemplo 3 — A conta mostrada: a temperatura sem o cobertor

Se a superfície irradiasse direto para o espaço, a que temperatura a Terra devolveria os 238 W/m² que absorve? E Vênus, com os seus 157 W/m²?

Fórmula. σ·T⁴ = absorvido ⇒ T⁴ = absorvido ÷ σ, com σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/(m²·K⁴)

Substituição. Terra: T⁴ = 238 ÷ (5,67 × 10⁻⁸) ≈ 4,20 × 10⁹ ; Vênus: T⁴ = 157 ÷ (5,67 × 10⁻⁸) ≈ 2,77 × 10⁹

Resultado. Terra: T ≈ 255 K ≈ −18 °C ; Vênus: T ≈ 229 K ≈ −44 °C

Conferência. 255⁴ ≈ 4,2 × 10⁹ e 229⁴ ≈ 2,75 × 10⁹, fecham. O −18 °C é o número publicado para a Terra sem efeito estufa, com o albedo de hoje; e com o que Vênus absorve hoje, sem o efeito estufa, ficaria a −44 °C.

Exemplo 4 — A espessura do cobertor

A Terra está a 15 °C e Vênus a 467 °C. Quanto cada cobertor acrescenta sobre a temperatura sem efeito estufa do Exemplo 3? Quanto o chumbo fica acima da fusão em Vênus, e quanto é 467 °C em kelvin?

Fórmula. cobertor = T real − T sem efeito estufa ; acima da fusão = T − 327,5 ; T(K) = T(°C) + 273

Substituição. Terra: 15 − (−18) ; Vênus: 467 − (−44) ; chumbo: 467 − 327,5 ; kelvin: 467 + 273

Resultado. Terra: 33 °C ; Vênus: 511 °C ; chumbo: 139,5 ≈ 140 °C acima da fusão ; 740 K

Conferência. o cobertor de Vênus é 511 ÷ 33 ≈ 15 vezes o da Terra. E 740 K é bem mais que o dobro dos 255 K da Terra sem cobertor: pela quarta potência, a superfície de Vênus irradia dezenas de vezes mais — quase tudo devolvido pelo cobertor.

Exemplo 5 — O aquecedor solar (o Exemplo 1 encontra o capítulo 6)

Uma placa escura de 2 m² recebe 800 W/m² de luz do Sol (valor didático) e absorve 90% dela. Toda a energia absorvida vai para 20 kg de água num reservatório. Quanto a água esquenta em 10 minutos?

Fórmula. sinal: a água recebe, Q > 0 ; Φ = irradiância × área × fração absorvida ; Q = Φ × Δt ; Q = m·c·ΔT ⇒ ΔT = Q ÷ (m·c), com c = 4 186 J/(kg·°C)

Substituição. Φ = 800 × 2 × 0,90 = 1 440 W ; Q = 1 440 × 600 = 864 000 J ; ΔT = 864 000 ÷ (20 × 4 186)

Resultado. ΔT ≈ 10 °C

Conferência. 20 kg de água precisam de 20 × 4 186 = 83 720 J por grau; 864 000 ÷ 83 720 = 10,3. Se a placa fosse clara, com albedo 0,90, absorveria só 10% e a água esquentaria uns 1,1 °C: a cor decide.

Radar ENEM

O ENEM cobra este capítulo de quatro jeitos. O primeiro é identificar o caminho: numa garrafa térmica, num forno, no Sol que esquenta a pele — qual é condução, qual é convecção, qual é radiação. O segundo é cor e absorção: roupa escura no sol, telhado branco, o albedo do gelo. O terceiro é efeito estufa como física: a atmosfera transparente à luz visível e opaca ao infravermelho, sem slogan. O quarto é o balanço: entra igual a sai, e o que acontece com a temperatura quando não é igual. A questão-síntese junta os três caminhos num objeto só.

Corte de uma garrafa térmica: duas paredes de vidro com vácuo entre elas, que barra a condução e a convecção; as faces internas espelhadas, que devolvem a radiação; a tampa, que fecha a convecção pelo gargalo. Cada bloqueio tem o nome do caminho barrado. — **Figura 12.9** — A garrafa térmica é a questão-síntese: o vácuo barra condução e convecção, o espelho barra a radiação, a tampa fecha o gargalo.

A garrafa térmica é o exemplo que junta tudo. Entre as duas paredes de vidro há vácuo: sem matéria, não há condução nem convecção. As faces voltadas para o vácuo são espelhadas: a radiação do café quente é refletida de volta em vez de atravessar. E a tampa fecha o gargalo, por onde o ar quente subiria por convecção. Sobram pequenos vazamentos — pelo gargalo, pelo apoio da ampola — e é por isso que o café esfria, só que devagar. Tire o espelho e o café esfria mais depressa pela radiação; tire o vácuo e esfria muito mais depressa pela condução e pela convecção.

Dica ENEM

Dica ENEM: os tropeços que o examinador coloca nas alternativas

"Sem atmosfera, Vênus seria mais frio" — a conta certa é "com o que Vênus absorve hoje, sem o efeito estufa, −44 °C"; as nuvens que refletem são atmosfera (Exemplo 3).
"Vênus é quente porque está mais perto do Sol" — Mercúrio está mais perto e é mais frio; Vênus absorve menos que a Terra (Exemplo 2).
"Efeito estufa é poluição" — sem ele, −18 °C; o problema é o excesso (Exemplo 4).
"O calor sobe" — o ar quente sobe; a radiação vai em todas as direções.
Usar °C na fórmula da radiação — a quarta potência exige kelvin (Exemplo 3).
Esquecer o albedo ou o ÷ 4 — o que o planeta absorve é a constante solar ÷ 4 × (1 − albedo) (Exemplo 1).

Resumo em cinco peças

Cinco peças da série: temperatura se mede em equilíbrio e calor é o que se move; tudo cresce com a temperatura, alfa, dois alfa e três alfa, menos a água entre zero e quatro; Q igual a m c delta T, Q igual a m L e soma dos Q igual a zero, o extrato de calor sempre fecha; ferver depende da pressão; três caminhos, condução, convecção e radiação, e o planeta em equilíbrio com o Sol sob um cobertor. — **Figura 12.10** — A série em cinco peças.

Temperatura se mede em equilíbrio; calor é o que se move de um corpo a outro.
Tudo cresce com a temperatura — α, 2α, 3α — menos a água entre 0 e 4 °C.
Q = m·c·ΔT, Q = m·L e soma dos Q igual a zero: o extrato de calor sempre fecha.
Ferver depende da pressão: 71 °C no Everest, 121 °C na panela, 100 °C só a 1 atm.
Três caminhos — condução, convecção, radiação — e o planeta em equilíbrio com o Sol sob um cobertor.

Se for guardar uma frase só, guarde Vênus: absorve menos energia do Sol que a Terra e é 450 graus mais quente — e o que faz isso é um cobertor de 93 atmosferas de gás preso, esmagado, quente. Esse ar preso obedece a três leis, e a primeira delas todo mergulhador de cilindro aprende antes do primeiro mergulho: a 30 m de profundidade a pressão é de 4 atm, e quem enche o pulmão lá embaixo e sobe sem soltar o ar leva para a superfície um ar que quer ocupar quatro vezes mais espaço — por isso todo mergulhador solta o ar ao subir.

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