Наверняка у вас дома есть термос, и вы неоднократно им пользовались. А может быть, вы как раз собираетесь купить термос. Все привыкли, что с помощью этого полезного прибора можно надолго сохранить напиток или обед горячим, а при желании и холодным. Но знаете ли вы, как работает термос? Как он устроен? Что происходит внутри, когда вы завинчиваете крышку? Почему содержимое не остывает? Любознательным – добро пожаловать!
Для начала попробуем разобраться, что такое теплопроводность. Что будет, если поставить на столе рядом мороженое из холодильника и тарелку с горячим кофе? Через некоторое время кофе остынет, а мороженое нагреется и начнёт стремительно таять. Это явление объясняется термодинамикой: поместив два вещества с различными температурами в одну среду, вы добьётесь того, что они оба приобретут одинаковую температуру.
Хотите, чтобы кофе оставался горячим как можно дольше? Добиться этого не так уж сложно, достаточно максимально снизить естественный процесс передачи тепла. Прежде всего, необходимо разобраться, что именно влияет на теплопередачу.
Первый фактор - проводимость тепла. Тепло – это движение атомов. Лучшей иллюстрацией этого явления будет следующий опыт: возьмите металлическую палку и нагрейте один конец. Через некоторое время вы почувствуете, что и другой конец тоже нагревается за счёт проводимости тепла. Металлы проводят тепло намного лучше, чем, например, дерево.
Второй фактор - инфракрасное излучение. Наши глаза не могут видеть тепло, но кожа ощущает.
И, наконец, третий фактор – это конвекция. Так называется свойство жидкостей и газов, которое заключается в следующем. Когда часть жидкости или газа нагревается, она стремится подняться над остальной частью. Таким образом, чашка горячего кофе в течение некоторого времени нагревает воздух над собой. Этот слой воздуха затем поднимается вверх, потому что он более горячий, чем остальной воздух в помещении. Холодный воздух заполняет пространство, оставшееся на месте нагретого воздуха. Процесс повторяется несколько раз, и кофе остывает. Конвекцию можно и ускорить: когда вы дуете на кофе, он остывает быстрее. Если не дуть, напиток будет оставаться горячим дольше, так как воздух является довольно плохим проводником тепла.
Все три процесса переноса тепла мы можем наблюдать воочию, когда стоим рядом с костром. Через инфракрасное излучение мы на расстоянии ощущаем тепло от огня кожей, конвекция переносит вверх пламя и дым, за счёт чего воздух над костром нагревается и поднимается. А земля под костром будет нагреваться за счёт теплопроводности: верхний слой почвы подвержен воздействию инфракрасного излучения, а затем тепло проходит глубоко под землю.
Любой качественный термос для чая работает с соблюдением основного принципа теплопроводности. Чтобы термос эффективно выполнял свою функцию, необходимо максимально уменьшить передачу тепла.
Внутреннее устройство термоса
Можно провести небольшой эксперимент и попытаться сделать термос из обыкновенной пластиковой бутылки, завёрнутой, скажем, в поролон. Во-первых, пластик в поролоне будет плохом проводником тепла, во вторых, воздух внутри поролона обладает ещё меньшей теплопроводностью. Соответственно, напиток внутри бутылки будет нагреваться или охлаждаться намного медленнее.
Но есть гораздо более надёжный способ сохранения температуры – вакуум. Именно он используется для изготовления современных термосов. Изделия разных производителей, в том числе и термосы Арктика, делают примерно по одному принципу. Вакуум, в отличие от воздуха, имеет мало атомов, а абсолютный вакуум вообще их не имеет. Соответственно, теплопроводность абсолютного вакуума будет нулевой. Создать его невозможно, но всегда можно постараться максимально к нему приблизиться, уменьшая проводимость тепла и конвекцию.
Каждый термос состоит из внешнего корпуса и внутренней колбы. Между стенками колбы и корпуса – вакуум. Часто термосы делают с хрупкой стеклянной колбой, но гораздо лучше выбирать более надёжные, из нержавеющей стали. Сути это не меняет, принцип сохранения тепла работает независимо от выбранного материала. Вакуум внутри стенок ограничивает теплопроводность термоса, сохраняя температуру содержимого. Почему же у разных термосов разные характеристики? Одни модели держат тепло до 36 часов, другие – не более 8 часов? Если термос закрыт герметично, как, например, модели с пневмонасосом, он будет держать температуру дольше. Когда вы открываете крышку время от времени, чтобы налить себе чаю, содержимое, конечно, будет остывать быстрее, несмотря на все теплоизоляционные свойства. А термос с широким горлом хранит тепло ещё меньше, но он и не предназначен для горячих напитков: лучше всего использовать такие термосы для еды, которая должна быть тёплой, а не обжигающей. Такой термос можно взять с собой в поездку, он легко поместится в любой чемодан, кожаную дорожную сумку Wenger или спортивный рюкзак Swisswin.
Чтобы напиток или обед в термосе были горячими (или холодными!) как можно дольше, необходимо тщательно закупоривать пробку и завинчивать крышку – герметичность крайне важна для сохранения температуры. А перед тем, как заполнить колбу содержимым, её нужно прогреть или охладить под струёй горячей или холодной воды соответственно. Это поможет поддерживать равномерную температуру внутри термоса в течение большего срока. |
|
