Как устроен и как работает термос

Вопрос без подвоха. Общее есть, и это – вакуум. Если упростить, то термос – это колба в колбе, между которыми откачан воздух. Для чего это делается?

Представим обычную ситуацию. Мы налили в чашку горячий чай, только что сняв с плиты. Температура чая быстро передалось чашке, и еще, если провести рукой над чашкой, ощущается тепло. При этом чай, отдавая свою температуру окружающей среде, сам её быстро теряет и – остывает.

Керамика и воздух поглощают температуру за счет теплопроводности. А вот у вакуума ее нет. Почему? Теплопроводность объясняется переносом энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии частиц вещества. Вакуум – безвоздушное пространство без частиц. Нет частиц — нет теплопроводности.

Как достигается вакуум в термосе

На сегодняшний день существует несколько вариантов, как добиться вакуума между стенками. Например, раньше воздух в термосе откачивался буквально – через трубку. Однако этот способ признали слишком энергозатратным и ненадежным.

Новые технологии шагнули вперед, и производители предложили новую технологию под названием «no tail technology» или «no tail design». Вакуум создается за счет геттера (газопоглотителя).

Геттер – это специальная таблетка, поглощающая газы при нагревании. Со стороны дна термоса делается прокол, куда помещается небольшой стеклянный шарик. Затем партия термосов отправляется в специальную вакуумную печь, в которой воздух откачивается из всего объема печи, включая пространство между колбами. После этого она нагревается, и стеклянная бусинка плавится, а геттер поглощает остатки воздуха. Стоит заметить, что для термосов больших объемов используется и «таблетка», и трубка. Только так удается создать полностью безвоздушную среду.

Так как между стенками термоса нет молекул воздуха (или их очень мало), то температура окружающей среды никак не влияет на температуру содержимого, а оно, в свою очередь, не расходует драгоценное тепло или не перенимает его извне.

Однако не только вакуум влияет на производительность термоса. В природе существует 3 вида теплообмена: конвекция, теплопроводность и тепловое излучение. Если теплопроводность на себя взял вакуум, с тепловым излучением справится отражающий слой.

Поскольку тепло имеет инфракрасное излучение, ученый Джеймс Дьюар, разработавший прототип термоса, первым предложил использовать зеркальную поверхность. Зеркальный слой отражает излучение и возвращает его энергию обратно содержимому термоса. В случае с холодом, «зеркало» препятствует проникновению тепла из окружающей среды.

Для создания отражающего слоя, как правило, либо шлифуют поверхность колбы, либо добавляют алюминиевую фольгу. Передовым способом на данный момент считается нанесение медной гальваники, т.к. она эффективнее всего отражает инфракрасное излучение. В термосах «Арктика» используется именно она.

Итак, слой за слоем мы добрались до финального – внешнего покрытия. Кажется, что это незначительная составляющая, больше относящаяся к дизайну, но это не так. Помимо влияния на срок службы термоса и удобства держать в руке (например, зимой), покрытие тоже может сыграть роль в удержании температуры холодных напитков.

Например, светлая блестящая поверхность термоса будет отражать тепловые лучи из окружающей среды, дополнительно препятствуя нагреванию содержимого.

Материал подготовила Анастасия Павлова.