Как работает термос: принципы сохранения температуры

Термосы немного похожи на людей: как и нам им нравится поддерживать постоянную температуру. Если вы нальете в них горячие напитки, они сохранят их горячими, если нальете холодные, то они сохранят их прохладными. Термос прост и очень эффективен, но как именно он работает?

Прежде чем узнать, почему термосы так хороши, нам нужно больше понять про распространение тепла.

Тепло — это вид энергии, которая распространяется тремя разными способами: проводимостью, конвекцией и излучением. Если вы прикоснетесь к чему-то горячему, тепло перейдет на тело, потому что между вами и горячим предметом существует прямая связь. Теплопроводность возникает только тогда, когда предметы соприкасаются.

С другой стороны, конвекция может происходить без необходимости прямого контакта. Если вы включите тепловентилятор он начнёт нагнетать горячий воздух в комнату. Горячий воздух менее плотный (легче), чем холодный, поэтому он поднимается вверх. Когда горячий воздух начинает подниматься вверх от тепловентилятора, ему приходится вытеснять более холодный воздух. Таким образом, более прохладный воздух у потолка вашей комнаты движется вниз обратно к полу. Довольно скоро возникает своего рода невидимый конвейер согревающего восходящего воздуха и охлаждающего нисходящего воздуха, который постепенно нагревает комнату. Когда тепло распространяется таким образом, используя движущуюся жидкость или газ для перемещения из одного места в другое, мы называем это конвекцией. Нагревание супа в кастрюле – еще один способ использования конвекции.

Излучение немного отличается от проводимости и конвекции. Когда предметы горячие, они излучают свет. Вот почему костры светятся оранжевым или желтым. Это происходит потому, что атомы в горячих объектах становятся «возбужденными» и нестабильными, когда они получают дополнительную тепловую энергию от огня. При этом атомы быстро возвращаются в свое нормальное состояние и выделяют имеющуюся у них энергию в виде света. Если длина волны света, который они излучают, больше 780 нм, это называется инфракрасным излучением, которое мы ощущаем, как тепло. Вы можете почувствовать инфракрасное излучение от горячего объекта, даже если вы не прикасаетесь к нему (поэтому нет проводимости), а также нет воздуха или жидкости, переносящих тепло (поэтому нет конвекции). Радиация объясняет, почему мы можем чувствовать тепло, «излучаемое» от горячих предметов поблизости, даже когда мы не прикасаемся к ним (проводимость) или не согреваемся горячим воздухом, который они генерируют (конвекция).

Предположим, вы только что приготовили горячий кофе. Вы прекрасно понимаете, что его нужно выпить быстро, пока он не остыл, но почему он остывает? Кипящая вода имеет температуру 100°C, а комнатная температура, как правило, в районе 20°C. Поскольку вода в вашем напитке намного горячее, чем температура в комнате, тепло быстро передается из чашки в окружающую среду. Некоторая часть тепла будет теряться за счет проводимости: поскольку чашка стоит на столе, тепло будет уходить прямо вниз и таким образом рассеиваться. Воздух непосредственно над чашкой и вокруг неё нагреется и начнет двигаться, поэтому больше тепла будет теряться за счет конвекции. Другая часть тепла также будет потеряна из-за излучения. Таким образом кофе охлаждается за счет сочетания проводимости, конвекции и излучения.

Со временем температура кофе станет, как в комнате. Если вы хотите, чтобы ваш кофе оставался горячим, вам необходимо предотвратить возникновение проводимости, конвекции и излучения. И вы можете сделать это, поместив кофе в термос.

Термос чем-то похож на суперизолированный кувшин. Большинство из них имеет внутреннюю камеру и внешний пластиковый или металлический корпус, разделенные двумя слоями стекла или стали с вакуумом между ними.

1. Утепление и вакуумная изоляция. Основой работы термоса является комбинация двух ключевых элементов: утепления и вакуумной изоляции. Внутренняя и внешняя стенки термоса обычно изготовлены из материалов с низкой теплопроводностью, таких как нержавеющая сталь или двойные стеклянные стенки. Между этими стенками создается вакуум, который предотвращает передачу тепла через проводящие материалы.
2. Зеркальное покрытие. Внутренняя стенка термоса покрывается тонким слоем металлического покрытия, которое отражает тепловое излучение обратно внутрь термоса. Это помогает удерживать температуру жидкости еще дольше.
3. Плотная крышка. Крышка термоса обычно имеет пробку, которое предотвращает утечку тепла через верхнюю часть. Это важно для поддержания температуры на длительное время.
4. Низкая кондуктивность. Материалы, используемые для изготовления термоса, имеют низкую теплопроводность, что значительно замедляет процесс передачи тепла между внутренней и внешней средой.

Эти несколько простых функций предотвращают практически всю передачу тепла за счет проводимости, конвекции или излучения. Вакуум предотвращает проводимость. Плотная пробка предотвращает попадание или выход воздуха из колбы, поэтому конвекция также невозможна. А как насчет излучения? Когда инфракрасное излучение пытается покинуть горячую жидкость, отражающая облицовка внутренней камеры отражает его обратно. Из термоса практически невозможен выход тепла, а хранящийся внутри него горячий напиток будет сохранять температуру в течение многих часов.

Колбы также подходят для холодных напитков. Если тепло не может выйти из вакуумной колбы, то, следовательно, тепло не может проникнуть в колбу и снаружи. Герметичная пробка предотвращает попадание тепла за счет конвекции; вакуум прекращает проводимость, а металлическая прокладка между внешним корпусом и внутренней камерой прекращает излучение тепла в обе стороны.

Независимо от того, любите ли вы горячий или холодный кофе, термосы — это отличный способ сохранить напитки такими, какими вы хотите. Некоторое количество тепла все равно уходит (или проникает), в основном через пробку, но такие термобутылки по-прежнему представляют собой значительное улучшение практически любого другого типа изолированных контейнеров для напитков.

Термос - это не просто емкость для напитков, а настоящее технологическое чудо, способное сохранять температуру жидкости даже в самых экстремальных условиях. Благодаря утеплению, вакуумной изоляции, зеркальному покрытию и плотной крышке термосы остаются незаменимым аксессуаром для всех, кто ценит горячие напитки в любое время и в любом месте. В нашем интернет магазине большой выбор термосов и термобутылок с доставкой по всей России!

Предыдущая статья: Термобутылка - ваш незаменимый спутник на пляже, в путешествии и в отпуске