Existe um experimento muito simples que nos permite entender as sensações de quente e frio e uma série de exemplos pelos quais todos já passaram. Veja a imagem abaixo.
Como a água morna pode estar quente e fria ao mesmo tempo? Uma maneira de entender essa confusão é analisar esse experimento a partir das temperaturas das águas fria, morna e quente. Para isso, vamos supor que a água fria está a temperatura de 10ºC, a água morna está a 30ºC e a água quente está a 50ºC. Mas como isso pode nos ajudar a entender o que aconteceu no experimento acima?
A primeira coisa que deve ser levada em consideração é que existe uma diferença de temperatura entre as águas e as mãos na experiência acima. Por causa disso, dizemos que existe uma troca de calor entre as mãos e a água.
As trocas de calor sempre acontecem entre dois corpos a temperaturas diferentes, sendo que o calor vai do corpo mais quente para o mais frio. Veja as imagens abaixo.
Nas imagens acima, o calor nas duas situações vai do corpo A, como maior temperatura, para o corpo B quando, a uma temperatura menor. Porque A perde calor, sua temperatura diminui, enquanto B ganha o calor de A e sua temperatura aumenta. Supondo que os corpos A e B possuem a mesma massa e são do mesmo material, depois de algum tempo, suas temperaturas se igualam; quando isso acontece, dizemos que os corpos A e B estão em equilíbrio térmico. Perceba também nas imagens acima que a quantidade de calor que o corpo A perde depende da diferença de temperatura entre A e B: como na segunda situação a diferença de temperatura é maior, maior é a troca de calor entre A e B (cujo efeito é indicado pelo tamanho da flecha).
Levando tudo isso em consideração, podemos voltar e analisar o que aconteceu no experimento acima. Os dois corpos em consideração nesse experimento são as mãos e as águas a diferentes temperaturas. Supondo que nosso corpo esteja a 37 ºC, o que acontece quando colocamos as mãos nas águas quente e fria pode ser vista na imagem abaixo.
Assim, quando colocamos nossa mão na água quente a 50 ºC, ela ganha calor da água e sua temperatura aumenta; vamos supor que, depois de algum tempo, a temperatura da mão alcance também os 50 ºC. Agora, quando colocamos nossa mão na água fria a 10 ºC, ela perde calor para a água e sua temperatura diminuiu; também aqui, vamos supor que a temperatura da mão chegue a 10 ºC. Repare que o fato da mão perder ou ganhar calor na imagem acima está indicado pelo sentido das flechas que representam as trocas de calor.
Com isso, podemos perceber que as sensações de quente e frio estão associadas às trocas de calor entre a mão e a água: sentimos a água quente quando a mão ganha calor da água e sentimos a água fria quando a mão perde calor para a água.
Finalmente, tirando as mãos das águas quente e fria e colocando-as na água morna, as trocas de calor que acontecem estão indicadas na imagem abaixo. Repare mais uma vez no sentido das flechas que representam as trocas de calor.
Então, porque a mão que estava na água fria está a uma temperatura menor do que a água morna, ela ganha calor e a água morna parece quente. O contrário acontece com a mão que estava na água quente: porque sua temperatura era maior do que d água morna, ela perde calor e a água morna parece fria.
Depois de tudo isso, podemos elaborar uma “lei da sensação térmica”: sentimos algo quente quando sua temperatura está maior do que a do nosso corpo e, por isso, ganhamos calor; agora, sentimos algo frio quando sua temperatura está menor do que a do nosso corpo e, por isso, perdemos calor. Podemos também dizer que quanto maior a diferença de temperatura entre nosso corpo e aquilo em contato conosco, mais quente ou frio ele parece, pois mais calor ganhamos ou perdemos.
Vamos ver, agora, como tudo isso pode explicar algumas situações que envolvem a sensação de frio.
A primeira e mais simples é o frio aumentar quando a temperatura ambiente diminui.
Sentimos mais frio quando a temperatura ambiente diminui, pois maior é a diferença de temperatura entre o corpo e o ambiente e, consequentemente, mais calor perdemos, como mostra a imagem acima à direita.
Agora, sentimos mais frio apenas quando a temperatura ambiente diminui? Não! O aumento da sensação de frio aumenta também quando a temperatura do corpo aumenta. Isso acontece, por exemplo, quando estamos com febre.
Aumentando a temperatura do corpo, como acontece quando estamos com febre, faz aumentar a diferença de temperatura entre o corpo e o ambiente, fazendo com que aumente a perda de calor e também a sensação de frio. Repare que na imagem acima a temperatura ambiente não muda.
O exemplo acima também ajuda a explicar o fato de sentirmos mais frio quando saímos do banho quente. Um banho agradável para o corpo acontece com a temperatura da água praticamente a mesma temperatura do corpo, de maneira que não perdemos nem ganhamos calor para ela. Num banho quente, por sua vez, a temperatura da água está um pouco acima da temperatura do nosso corpo (até 3 ºC). Com isso, a temperatura da superfície da pele aumenta e, quando saímos do banho, aumenta a diferença entre a temperatura do corpo e a ambiente e perdemos mais calor, sentindo mais frio. Na verdade, são duas as razões para a sensação de frio aumentar depois de um banho quente: a outra diz respeito ao fato do corpo perder calor para evaporar a água que sobrou sobre a pele depois do banho, assim como acontece quando suamos.
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