Como resfriar um objeto sem usar energia

Rhett Allain

Este verão tem sido quente – um dos mais quentes já registrados – e provavelmente vai ficar cada vez mais quente. Sinto que estamos chegando ao ponto em que o ar condicionado não é apenas algo agradável de se ter, é uma necessidade. Existem várias maneiras de resfriar as coisas, mas o método mais comum é usar um compressor e refrigerante. No entanto, estas unidades tradicionais de CA são difíceis (e caras) de reparar e consomem bastante eletricidade. Para os Estados Unidos, em 2022, 10% do uso de energia do país foi dedicado ao resfriamento do ar. Isso é muito.

Precisamos realmente de pensar em formas alternativas de reduzir o calor. Existe outra maneira de diminuir a temperatura de um objeto – e nem requer energia ou combustível. É chamado de resfriamento radiativo. Ao usar os materiais certos, você pode fazer com que um objeto irradie mais energia do que absorve, diminuindo sua temperatura em alguns graus. Parece bom demais para ser verdade, mas funciona, graças a algumas ideias muito legais de física.

Tudo emite luz, e isso significa que tudo pode transferir energia térmica. Isso pode parecer estranho, mas vamos começar pensando nas lâmpadas. Existem várias maneiras de fazer um objeto emitir luz, mas o método mais simples é deixá-lo superaquecido. Isto é o que acontece com as lâmpadas incandescentes tradicionais: uma corrente elétrica passa por um filamento dentro da lâmpada e torna o filamento tão quente que brilha. (Essa temperatura é de cerca de 3.600 graus Fahrenheit.) É simples, e é por isso que esse tipo de lâmpada existe há mais de 100 anos.

Mas e as coisas que não são superquentes, como uma batata, seu par de sapatos preferido ou uma maçaneta? Sim, eles também produzem um tipo de luz.

Lembre-se de que a luz é uma onda eletromagnética e todas essas ondas viajam à velocidade da luz (3 x 108 m/s), mas com comprimentos de onda diferentes. Se o comprimento de onda dessa onda eletromagnética estiver entre 400 e 700 nanômetros, então chamamos isso de luz visível e é detectável pelo olho humano. Essa batata (à temperatura ambiente) produz ondas eletromagnéticas com intensidade máxima de 9,8 micrômetros. Chamamos esta região do espectro eletromagnético de luz infravermelha. Você não pode detectá-lo com os olhos, mas podemos produzir uma imagem com uma câmera infravermelha.

Aqui está um exemplo do meu cachorro. Como ele é um pouco mais quente do que o ambiente, ele produz comprimentos de onda de luz ligeiramente diferentes. Isso significa que em uma imagem infravermelha ele não se mistura apenas ao fundo.

Andy Greenberg

Ngofeen Mputubwele

Julian Chokkatu

Matt Simão

Existem três maneiras pelas quais os objetos podem ter interação térmica com outros objetos. O método mais comum é através da condução de calor. Isso acontece quando dois objetos de temperaturas diferentes estão em contato e a energia térmica é transferida do objeto mais quente para o objeto mais frio – como quando você segura uma lata de refrigerante gelado na mão. A lata aquece e sua mão esfria.

O próximo método de transferência de calor é a convecção e só funciona com gases e fluidos. Vamos usar o ar como exemplo. Suponha que você tenha uma fonte de calor como um fogão. O ar próximo ao queimador do fogão aumentará de temperatura por meio de uma interação de condução de calor. Este ar mais quente terá agora uma densidade menor do que o ar mais frio acima dele. Ele subirá e o ar mais frio tomará o seu lugar. Então o ar quente pode ter outra interação de condução de calor com o material acima dele, como talvez o teto. A transferência indireta de calor do fogão para o teto é a convecção.

O terceiro tipo de interação térmica é a radiação – e é esta que realmente queremos. Quando um objeto quente emite radiação infravermelha, essa radiação pode ser absorvida por outros objetos. É exatamente assim que o seu forno funciona. Você coloca coisas que deseja cozinhar dentro e os elementos de aquecimento ficam muito quentes, produzindo radiação térmica. (Sim, é o mesmo que infravermelho.) A comida absorve isso e aumenta a temperatura.