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O frasco que Dewar não quis patentear
No porão da Royal Institution, um químico montou um vidro de parede dupla para segurar gás liquefeito e deixou o registro de lado.
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Londres, 1892: vácuo entre dois vidros
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Londres, 1892. No subsolo da Royal Institution, na Albemarle Street, um laboratório de química fazia uma coisa que quase ninguém no mundo conseguia fazer: obter gás no estado líquido e mantê-lo assim por tempo suficiente para estudá-lo.
O problema não era produzir o líquido. Comprimir e resfriar o gás até ele condensar já era rotina de bancada havia quinze anos, com bomba, serpentina e banho de resfriamento.
O problema era guardar o resultado. Oxigênio líquido ferve a cerca de 183 graus negativos. Colocado num recipiente comum, ele não espera: o calor da sala atravessa a parede e o líquido evapora em minutos, antes de a medição terminar.
O laboratório tinha tentado o caminho óbvio, que é isolar por espessura. Camada de feltro, cortiça, serragem, algodão, tudo em volta do vidro. Funcionava um pouco e cobrava caro: o volume da montagem crescia, o pesquisador perdia a vista do líquido e o ganho de tempo era de minutos.
O calor entra num recipiente por três caminhos diferentes e a espessura só atrapalha um deles. Ele viaja pela matéria em contato, viaja pelo ar que circula em volta e viaja sem nenhum meio, como radiação, do jeito que o sol aquece uma pedra no vácuo do espaço.
Enrolar pano resolve mal os dois primeiros e não faz nada contra o terceiro. Quem quisesse segurar um líquido a 183 graus negativos precisava fechar as três portas ao mesmo tempo, e não apenas engrossar a parede.
A saída montada naquele porão foi geométrica antes de ser química. Em vez de uma parede grossa, duas paredes finas de vidro, uma dentro da outra, soldadas no gargalo, com o espaço entre elas esvaziado por bomba até virar quase nada.
Onde não há ar, não há matéria para conduzir calor nem para circular. Restava a radiação, e a resposta para ela foi uma camada de prata depositada na face interna das duas paredes, transformando o vão num espelho que devolve o calor para onde ele veio.
O aparelho funcionou. O gás liquefeito passou a durar horas em vez de minutos, sob o olho do pesquisador, porque o vidro continuava transparente na altura do gargalo.
O que ninguém do laboratório fez naquele ano foi ir ao escritório de patentes. Onze anos depois, um vidreiro alemão registrou a versão doméstica do mesmo objeto e ganhou o mercado inteiro.
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I A invenção de hoje
Três portas fechadas ao mesmo tempo
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O frasco é simples de descrever e difícil de fabricar. São dois recipientes de vidro encaixados, unidos apenas no gargalo, com o espaço entre as paredes evacuado e as superfícies internas espelhadas com prata.
Cada elemento do desenho está ali para bloquear um caminho de calor específico, e nenhum deles funciona sozinho.
Isolar não é engrossar. É cortar os três caminhos que o calor usa, e cada um deles pede uma solução de natureza diferente: geometria para a condução, vácuo para a convecção, espelho para a radiação.
O que cada peça do frasco faz:
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Parede dupla unida só no gargalo
reduz a área de contato por onde o calor conduz
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Vácuo entre as paredes
elimina o ar que conduziria e circularia
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Camada de prata nas duas faces internas
reflete a radiação térmica de volta
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Vidro de boa qualidade
aguenta o choque térmico sem trincar
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Temperatura do oxigênio líquido guardado
cerca de 183 graus negativos
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A condução merece atenção porque nunca é zerada. Vidro conduz calor, e as duas paredes se encontram no gargalo. Aquela emenda estreita vira a única ponte sólida entre o interior gelado e a sala, e o desenho gasta esforço em deixá-la longa e fina.
A convecção depende de fluido em movimento, e é a mais fácil de matar. Sem ar entre as paredes, não existe corrente quente subindo e fria descendo; o vazio não tem o que circular, e por isso a bomba de vácuo é a peça central do arranjo.
A radiação é a que sobra e a que engana. Ela atravessa o vazio sem precisar de meio nenhum, então nenhum grau de vácuo a detém. A prata resolve porque superfície polida reflete quase toda a energia térmica que chega, em vez de absorver e reemitir para dentro.
Existe um detalhe que o desenho não consegue eliminar. O frasco precisa de uma boca, e a boca é um buraco no isolamento. Tudo que entra e sai passa por ali, e é por ali que o líquido evapora mesmo com o resto perfeito.
Daí vem uma característica que assusta quem vê pela primeira vez: o recipiente de laboratório não é lacrado. Um frasco fechado com gás liquefeito dentro acumula pressão até estourar, então a tampa fica solta de propósito, deixando o vapor escapar.
O princípio também funciona ao contrário, e é por essa razão que o objeto saiu do laboratório. Barreira térmica não escolhe direção: o mesmo arranjo que segura frio lá dentro segura calor lá dentro, com a mesma prata e o mesmo vácuo.
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II Acidente ou projeto
Onze anos entre o porão e a loja
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O químico do porão era James Dewar, escocês, professor da Royal Institution, homem de temperaturas extremas. Foi ele quem liquefez hidrogênio em 1898 e quem o solidificou no ano seguinte, feitos que só eram possíveis com um recipiente capaz de segurar o resultado.
Nada no frasco foi acaso de bancada. O aparelho nasceu de um diagnóstico correto do problema, testes de vácuo e de espelhamento e uma sucessão de protótipos soprados por vidreiros contratados pelo laboratório.
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A invenção foi projeto puro; o que ficou de fora foi o negócio. Dewar entendeu o frasco como instrumento científico, apresentou o desenho em público e recusou registrar em nome próprio uma ferramenta que, na visão dele, pertencia a quem fizesse ciência com ela.
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Um dos vidreiros que sopravam aqueles frascos era Reinhold Burger, alemão que tinha trabalhado com material de laboratório em Berlim e conhecia o objeto por dentro, camada por camada.
Burger olhou para o mesmo aparelho e viu outra coisa. O que segurava oxigênio líquido a 183 graus negativos podia segurar café quente numa mochila, e o que faltava para isso não era física, era engenharia de uso diário.
O caminho dele até a loja foi curto e deliberado.
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1. Blindar o vidro. O frasco de bancada quebra ao primeiro esbarrão, então Burger o encaixou num invólucro metálico com amortecimento, e a peça frágil virou objeto de bolsa.
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2. Registrar a versão de casa. A patente alemã saiu em 1903 e não reivindicava o princípio do vácuo, e sim a construção portátil, protegida e fechável do recipiente doméstico.
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3. Batizar o produto. Um concurso público escolheu o nome vindo do grego thermos, que significa quente, e a fábrica de Berlim começou a vender no ano seguinte.
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"The vessel is double-walled, the space between the walls being exhausted, and the surfaces silvered, so that both convection and radiation are practically eliminated."
James Dewar, Collected Papers on Low Temperature Research, 1927
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Dewar tentou depois contestar o direito do antigo fornecedor sobre o produto comercial e não conseguiu. A recusa de registrar em 1892 tinha deixado o princípio em domínio público, e o que Burger registrou foi a forma doméstica, que era mesmo dele.
A repartição de papéis ficou congelada nessa divisão. O laboratório continua chamando o recipiente de vaso de Dewar, e a prateleira do supermercado continua chamando o mesmo objeto pelo nome de marca que virou palavra comum.
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