Funcionamento interno de uma garrafa térmica

Um modo de montar um recipiente semelhante a uma garrafa térmica seria pegar uma jarra e envolvê-la, com um  material isolante, por exemplo uma espuma de poliestireno (isopor). O isolante funciona de duas maneiras: primeiro, o plástico da espuma não é um bom condutor de calor; segundo, o ar aprisionado nas cavidades da espuma é um condutor pior ainda. Assim, ao envolver o recipiente com o isolante reduzimos a condução. Além disso, com o ar separado em pequenas bolhas, outra coisa que o isolante faz é praticamente eliminar a convecção no seu interior. Por essa razão, a transferência de calor desse material é bem pequena.

Existe porém um isolante melhor que a espuma: o vácuo. O vácuo é a ausência de átomos. Um vácuo perfeito não contém átomo nenhum. É quase impossível criar um vácuo perfeito, mas pode-se chegar bem próximo disso. Sem os átomos, a condução e a convecção são completamente eliminadas.

O elemento principal de uma garrafa térmica é uma ampola de vidro de parede dupla, com o espaço entre as paredes evacuado. A ampola de vidro é frágil, e por isso ela é envolvida por um invólucro externo de plástico ou metal. Na maioria das garrafas, a ampola pode ser desatarrachada e removida.

Além do vácuo entre as paredes, é comum que o vidro da ampola seja prateado (como um espelho) para reduzir a radiação infravermelha. A combinação do vácuo e do prateamento reduz significativamente a transferência de calor por convecção, condução e radiação.

Então, por que líquidos quentes numa garrafa ainda assim resfriam? Por que não existem isolantes perfeitos. Sempre há alguma perda de calor através da tampa, por melhor que seja o isolante térmico utilizado. Além disso, o próprio vidro transfere um pouco de calor por condução na parte superior da ampola, onde as duas paredes se encontram. Por isso, assim que colocamos o líquido quente no interior da garrafa, ele vai se esfriando, embora muito lentamente.

A garrafa "sabe" se o líquido que está dentro está quente ou frio? Não. O que ela faz é limitar a transferência de calor através das paredes. Isso deixa o líquido dentro da garrafa com temperatura quase constante por um longo tempo (independentemente do líquido estar quente ou frio).