Selles blogipostituses vaatleme teadust, mis selgitab, kuidas termosed blokeerivad juhtivust, konvektsiooni ja kiirgust.
Need hoiavad külmi jooke külmana ja sooje jooke soojana. Üldlevinud termos leiutati üle saja aasta tagasi 1881. aastal, esmalt Weinholdi ja seejärel James Dewari poolt 1892. aastal, ning seda kasutatakse tänapäevalgi. Algselt nimetati seda Dewari pudeliks selle leiutaja James Dewari järgi.
Termosed näivad mahutavat palju jooke, aga kui need sisse panna, siis ei mahuta nad nii palju, kui arvate. Miks nad nii vähe mahutavad? Vaatame, kuidas termos teie jooki kaitseb, selle struktuuri ja kolme viisi, kuidas soojus üle kandub.
Esiteks on soojus energia voog kõrgema temperatuuriga ainelt madalama temperatuuriga ainele, kui kaks erineva temperatuuriga objekti puutuvad kokku. Soojus võib üle kanduda kolmel viisil. Juhtivus, konvektsioon ja kiirgus, kusjuures juhtivus ja konvektsioon toimuvad siis, kui on olemas keskkond, mille kaudu soojust saab üle kanda, ja kiirgus toimub ilma keskkonnata.
Näiteks tulekahju kustutamiseks on kolm võimalust. Esimene on see, et tuletõrjujad jooksevad kohale ämbritega veega ja kustutavad tulekahju käsitsi. Teine võimalus, kui teil on piisavalt tuletõrjujaid, on rivistuda ritta ja lasta ämbritel tulekahju kustutada. Viimane meetod on tulekahju otse kustutada, tulistades vett tuletõrjeautost tuleva voolikuga. Mõelge tuletõrjujatele kui soojusülekande keskkonnale ja veele kui soojusele. Esimene ja teine meetod vastavad vastavalt soojusülekandele konvektsiooni ja juhtivuse teel. Viimast meetodit võib pidada kiirguseks, kus soojus kandub üle ilma keskkonnata.
Vaatleme lähemalt kõiki neid meetodeid ja seda, kuidas need on seotud termose struktuuriga.
Juhtivus on soojusülekanne kõrgemalt temperatuurilt madalamale temperatuurile ilma aine (keskkonna) liikumiseta. Materjali soojusülekande võimet mõõdetakse selle soojusjuhtivusega – mida väiksem on väärtus, seda halvemini objekt soojust juhib. See on iga materjali puhul ainulaadne ja üldiselt väiksem tahkete ainete, vedelike ja gaaside puhul, selles järjekorras. Tahketel ainetel on mahuühiku kohta rohkem molekule kui vedelikel või gaasidel, kuna nad suudavad oma molekulide kaudu soojust paremini üle kanda. Juhtivust vaakumis ei toimu.
Samuti on metallid tahkete ainete seas parimad soojusjuhid, kuna neil on rohkem vabu elektrone, mis võimaldab täiendavat soojusjuhtivust. Näiteks hautise keetmisel kuumeneb metallist kulp kiiresti, samas kui puidust kulp kuumeneb aeglaselt. See juhtub seetõttu, et metalli soojusjuhtivus on palju suurem kui puidul.
Termospudelid on topeltseinalised, nii et välistemperatuur ei mõjuta jooki juhtivuse tõttu. Jättes topeltstruktuuri vahele tühja ruumi, loob see keskkonnavaba vaakumi, et minimeerida soojuskadu.
Soojusülekanne konvektsiooni teel on nähtus, mis tavaliselt esineb vedelikes, kus vedeliku molekulid kannavad soojust difusiooni teel. Vedeliku kuumutamisel põhjustab tiheduse erinevus kuumemate osade tõusu ülespoole ja külmemad osad täidavad oma koha, tekitades ringluse ja soojendades kogu vedelikku. Konvektsiooni näide on see, kui lülitate pliidi sisse ja soe õhk tõuseb üles ning jahedam õhk langeb alla, soojendades kogu ruumi.
Termos kasutab soojusjuhtivuse vältimiseks vaakumit, mis hoiab ära ka konvektsioonist tingitud soojuskadu, kuna selleks puudub keskkond.
Lõpuks on kiirgus soojuse vabanemine kõrgema temperatuuriga objektilt madalamale temperatuurile elektromagnetlainete abil, ilma soojust kandva keskkonnata. Kuna kiirgus ei vaja keskkonda, on see kolmest soojusülekande meetodist kiireim. Lähim näide on päikeseenergia. Päike kannab soojust Maale, kiirgates kiirgusenergiat infrapuna-, ultraviolet- ja nähtava valguse kujul. Kui kiirgusenergia tabab objekti, peegeldub osa sellest ja osa neeldub, põhjustades objekti temperatuuri muutuse. Must pind neelab energiat paremini, samas kui hele või läikiv pind peegeldab energiat paremini.
Termos takistab vaakumis konvektsiooni ja juhtivust, kuid kiirgus toimub ikkagi. Et kiirgus ei mõjutaks joogi temperatuuri, on termose sisemus kaetud poleeritud hõbedaga, mis peegeldab kiirgust. Seda meetodit kasutatakse ka satelliitide puhul, mis on temperatuurile tundlikud, seega on nende pinnad kaetud hõbeda või kullaga, et blokeerida päikesekiirgust.
Mitte ainult termoses olev jook ei võimalda meil kuumi või külmi jooke kauem nautida, vaid ka teaduslik idee soojusülekande, näiteks juhtivuse, konvektsiooni ja kiirguse vältimiseks. Viimastel aastatel, seoses liikumisega vähendada ühekordselt kasutatavate toodete kasutamist, on paljud inimesed keskkonna säästmiseks kasutanud termoseid. Termoste vaakumstruktuuri rakendatakse ka kodudes vaakumisolatsiooniga akende puhul.
See blogipostitus algas küsimusega: „Miks mahutab termos ainult väikese koguse jooki?“. See viis meid soojusülekande teaduslike seaduspärasuste uurimiseni. Kas poleks huvitav teada saada, millised muud teaduslikud printsiibid igapäevastes esemetes peidus on?
