Dewar Flask:Πώς μια φιάλη Thermos διατηρεί τα ζεστά πράγματα ζεστά και τα κρύα πράγματα κρύα;

Μια φιάλη θερμός ή μια φιάλη κενού είναι λίγο σαν μια υπερ-μονωμένη κανάτα. Ένα τυπικό θερμός έχει έναν εσωτερικό γυάλινο θάλαμο και έναν εξωτερικό πλαστικό. Ανάμεσα στο εσωτερικό και το εξωτερικό στρώμα υπάρχει ένα κενό. Το εξωτερικό υλικό μπορεί επίσης να είναι κατασκευασμένο από μέταλλο, όπως από ανοξείδωτο χάλυβα, για μεγαλύτερη αντοχή.

«Κατά κανόνα, ο άνθρωπος είναι ανόητος, όταν είναι δροσερό θέλει ζεστό, όταν είναι ζεστό θέλει δροσερό»! Θυμάμαι αμυδρά αυτό το απόφθεγμα στο ημερολόγιό μου κατά τη διάρκεια των σχολικών μου ημερών. Δεν συμφωνείτε ότι οι άνθρωποι μπορεί να είναι εντελώς αντίθετοι; Όταν ο χειμώνας είναι εδώ, λαχταρούμε για ζεστασιά και κάνουμε ό,τι μπορούμε για να παραμείνουμε φρυγανισμένοι. Στη συνέχεια, όταν έρχονται τα καλοκαίρια, κολλάμε τα μάτια μας στα κλιματιστικά για να προστατευτούμε από τη ζέστη—την ίδια ζέστη που αγκαλιάζαμε τον χειμώνα!

Ατ φιάλη hermos είναι μια τέτοια εφεύρεση που μας σώζει στις αντίθετες ανάγκες μας. Δεν πρόκειται ακριβώς για τη διατήρηση εμάς ζεστό/κρύο, αλλά ισχύει για τα αγαπημένα μας ποτά, π.χ. καφέ, τσάι, γάλα κ.λπ.

Μια φιάλη θερμός, που ονομάζεται επίσης φιάλη Dewar, είναι ένα ειδικό είδος μπουκαλιού στο οποίο ζεστά υγρά όπως το τσάι και ο καφές παραμένουν ζεστά και τα κρύα αντικείμενα όπως ο πάγος ή το κρύο νερό παραμένουν κρύα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Είναι επίσης ευρέως γνωστό με άλλα ονόματα, όπως φιάλη κενού ή απλά ένα θερμός.

(Πίστωση εικόνας:Flickr)

Αμφισβητούμενη ιστορία του Dewar Flask

Η φιάλη θερμός επινοήθηκε αρχικά από έναν Σκωτσέζο χημικό, τον Sir James Dewar, το 1892. Η ιστορία πίσω από την εφεύρεση της φιάλης κενού είναι ενδιαφέρουσα και λίγο ατυχής.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1890, ο Dewar κατασκεύασε μια μηχανή που μπορούσε να κατασκευάσει βιομηχανικές ποσότητες υγρού οξυγόνου. Ωστόσο, τότε, δεν υπήρχε αποτελεσματικός τρόπος αποθήκευσης χωρίς να χάνεται η θερμότητα από το υγρό. Τα κανονικά υγρά διατηρούνται σε μπουκάλια, αλλά τα μπουκάλια δεν είναι ιδιαίτερα καλά στη θερμική συγκράτηση. Αυτή η πρόκληση ενθουσίασε τον Dewar, έτσι σκέφτηκε τη βασική ιδέα να βάλει ένα μπουκάλι μέσα σε ένα μπουκάλι - και να σχεδιάσει το εσωτερικό του μπουκαλιού έτσι ώστε να μην αγγίζει τίποτα στον εξωτερικό κόσμο. Αυτή η διάταξη θα σταματούσε, ή τουλάχιστον θα επιβράδυνε, τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας μέσω αγωγιμότητας. Η δημιουργία κενού μεταξύ των δύο φιαλών θα αποτρέψει τη ροή θερμότητας μέσω της μεταφοράς και η εφαρμογή ενός ανακλαστικού υλικού στο εσωτερικό μπουκάλι θα αποτρέψει τη διαφυγή της θερμότητας μέσω της ακτινοβολίας. Βασικά, η διακοπή της διαφυγής θερμότητας μέσω και των τριών γνωστών μεθόδων θα σήμαινε ότι το ζεστό υγρό θα παραμείνει καυτό. Η φιάλη Dewar προήλθε από αυτήν την ιδέα και εξυπηρετούσε το σκοπό της αποθήκευσης υγρού οξυγόνου στην επιθυμητή θερμική κατάσταση.

Δυστυχώς, ο απουσιολόγος καθηγητής (Dewar) δεν σκέφτηκε την ιδέα να κατοχυρώσει την εφεύρεσή του με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας! Σε μια σκληρή συστροφή της μοίρας, η φιάλη Dewar έγινε το Thermos . Ο Reinhold Burger υποψιάστηκε ότι η φιάλη Dewar ήταν μια ιδέα δισεκατομμυρίων δολαρίων, έτσι δημιούργησε μια εταιρεία, τη Thermos (εξ ου και ονομάζεται «Thermos»), η οποία κατοχύρωσε το σχέδιο της φιάλης Dewar για εμπορική χρήση! Παρόλο που ο Dewar προσπάθησε αργότερα να μηνύσει τον Thermos, έχασε στο δικαστήριο και η φιάλη Dewar έγινε ευρέως «Thermos».

Κατασκευή και επεξεργασία φιάλης Thermos

Μια φιάλη θερμός ή μια φιάλη κενού είναι λίγο σαν μια υπερ-μονωμένη κανάτα. Ένα τυπικό θερμός έχει έναν εσωτερικό γυάλινο θάλαμο και έναν εξωτερικό πλαστικό. Το εξωτερικό υλικό μπορεί επίσης να κατασκευαστεί από μέταλλο, όπως από ανοξείδωτο χάλυβα, για μεγαλύτερη ανθεκτικότητα της φιάλης. Ανάμεσα στο εσωτερικό και το εξωτερικό στρώμα υπάρχει ένα κενό. Το εσωτερικό γυάλινο περίβλημα είναι γενικά επενδεδυμένο με ένα ανακλαστικό μεταλλικό στρώμα. Τέλος, υπάρχει ένα σφιχτό, βιδωτό πώμα στο επάνω μέρος της φιάλης. Αυτά τα βασικά χαρακτηριστικά και η διάταξή τους ουσιαστικά εξαλείφουν όλη τη μεταφορά θερμότητας είτε μέσω αγωγιμότητας, μεταφοράς ή ακτινοβολίας.

Η εσωτερική κατασκευή μιας θερμοφιάλης

Τρεις τρόποι μεταφοράς θερμότητας

Διεξαγωγή , συναγωγή και ακτινοβολία είναι τρεις τρόποι στους οποίους διαδίδεται η θερμότητα.

Διεξαγωγή

Εάν αγγίξετε ένα ζεστό αντικείμενο, η θερμότητα ρέει κατευθείαν στο σώμα σας, επειδή υπάρχει μια άμεση σύνδεση ανάμεσα σε εσάς και το ζεστό αντικείμενο. Η αφή ή η φυσική επαφή είναι η κύρια βάση για τη ροή θερμότητας μέσω αγωγιμότητας .

Συναγωγή

Η ροή θερμότητας μέσω της μεταφοράς, από την άλλη πλευρά, μπορεί να συμβεί χωρίς ρητή αφή ή επαφή. Για να κατανοήσετε τη συναγωγή, εξετάστε το παράδειγμα ενός αερόθερμου. Όταν ενεργοποιείτε ένα αερόθερμο, φυσά ζεστό αέρα μέσα από μια σχάρα στο δωμάτιό σας. Αυτός ο ζεστός αέρας είναι ελαφρύτερος (ή λιγότερο πυκνός) από τον κρύο αέρα, επομένως ανεβαίνει. Καθώς ο ανεμιστήρας συνεχίζει να φυσάει ζεστό αέρα, αρχίζει να ανεβαίνει και αρχίζει να σπρώχνει κρύο αέρα από τη μέση. Σύντομα, αυτή η διαδικασία γίνεται παρόμοια με έναν κύκλο, σαν έναν αόρατο μεταφορικό ιμάντα θέρμανσης, ανερχόμενου αέρα και ψυχρού αέρα που αντικαθίστανται από τον θερμό αέρα καθώς θερμαίνει σταδιακά το δωμάτιο. Η διάδοση της θερμότητας χρησιμοποιώντας ένα κινούμενο υγρό (ή ακόμα και ένα αέριο) ονομάζεται συναγωγή .

Ακτινοβολία

Η απαγωγή θερμότητας μέσω της ακτινοβολίας είναι κάπως διαφορετική από την αγωγή και τη μεταφορά. Όταν τα αντικείμενα είναι πραγματικά ζεστά, απελευθερώνουν φως. Ακούγεται λίγο περίεργο; Μην ανησυχείτε, σκεφτείτε μια φωτιά για να το καταλάβετε καλύτερα. Σε μια τοποθεσία φωτιάς, δεν βιώνεις μόνο την καύση (θέρμανση) του ξύλου, αλλά και το φως. Οι πυρκαγιές συνήθως λάμπουν κίτρινο, πορτοκαλί ή ακόμα και κόκκινο. Αυτό συμβαίνει επειδή τα άτομα στα θερμά αντικείμενα «διεγείρονται». Αυτή η «διεγερμένη» κατάσταση υποδηλώνει ότι είναι ασταθείς και πρέπει να δώσουν λίγη ενέργεια, καθώς κατακλύζονται από «θερμική» ενέργεια. Η δωρεά της υπερβολικής ενέργειας που έχουν τα άτομα όταν θερμαίνονται είναι ένας καλός τρόπος για να τα επαναφέρετε σε μια «κανονική» κατάσταση από τη διεγερμένη. Αυτά τα άτομα δίνουν ενέργεια με τη μορφή φωτός. Αυτή η απώλεια ή η μετατροπή της θερμότητας σε φως ονομάζεται ακτινοβολία .

Οι τρεις τύποι μεταφοράς θερμότητας.

Πώς η φιάλη Thermos αποτρέπει τη διαρροή θερμότητας από το δοχείο;

Τώρα που ξέρετε για την αγωγιμότητα, τη μεταφορά και την ακτινοβολία, ας επιστρέψουμε στη λειτουργία της φιάλης θερμός. Τώρα, ο κύριος σκοπός μιας φιάλης θερμός είναι να εμποδίζει τη ροή της θερμότητας προς και από τη φιάλη. Ο εσωτερικός θάλαμος της φιάλης αποτελείται από γυαλί, το οποίο είναι κακός αγωγός της θερμότητας. Ως εκ τούτου, η θερμότητα δεν ρέει μέσω αγωγιμότητας. Δεδομένου ότι υπάρχει κενό μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού τοιχώματος της φιάλης, η ροή της θερμότητας μέσω μεταφοράς καθίσταται περιττή. Τέλος, η ασημοποίηση των τοίχων διασφαλίζει ότι η θερμότητα δεν χάνεται από την ακτινοβολία. Ως αποτέλεσμα, το υγρό που διατηρείται σε μια φιάλη θερμός συνεχίζει να διατηρεί τα επίπεδα θερμότητάς του.

Αυτό σημαίνει ότι ο καφές που ρίξατε στο θερμός το πρωί θα είναι ακόμα ζεστός/ζεστός όταν τον πίνετε το απόγευμα. Ομοίως, η κρύα σόδα που βάζετε στο θερμός αργά το βράδυ θα παραμείνει παγωμένη όταν το ανοίξετε το πρωί.