Научно-исследовательская работа «изучение тепловых свойств термоса»

Ящик Вейнхольда и сосуд Дьюара

Необходимость поддерживать в замкнутом сосуде независимую от внешней среды температуру появилась во второй половине XIX века. В это время учёные-физики проводили опыты с сжиженными газами, входящими в состав атмосферы (азота, кислорода и водорода). Однако сохранить полученные вещества в необходимом состоянии оказалось достаточно непросто, они крайне быстро улетучивались. Проблему отчасти смог решить физик из Германии А. Ф. Вейнхольд в 1881 году. Он разработал контейнер из стекла со сдвоенными стенками, внутри него был полностью откачан воздух. Ввиду удаления воздуха между стенками, суженное пространство уменьшало испарение.

Спустя 11 лет 1892 году физик и химик из Шотландии Д. Дьюар улучшил изобретение своего немецкого коллеги. Форма контейнера сменилась на колбу с узким верхним проемом и парой стенок; это предотвращало быстрое испарение полученных газов. Для лучшей изоляции сосуд изнутри был покрыт тонким серебряным слоем. Кроме того, от внутренней поверхности, напоминающей зеркало, хорошо отражалось тепловое излучение. Изделие подвешивалась при помощи пружин в специальном кожухе из металла. С помощью своего изобретения Дьюар получил и даже смог в течение определённого времени сохранить водород в жидком и твёрдом состоянии. Однако ни он, ни Вейнхольд не стали патентовать уникальный контейнер: они не считали, что их изобретения смогут принести кому-либо ощутимую прибыль.

Появление вакуумной фляжки и основание фирмы Thermos GmbH

В 1903 году Р. Бургеру, немецкому производителю стекла, пришла в голову мысль усовершенствовать сосуд Дьюара, чтобы использовать его не только в научных целях, но и в бытовых. Колбу поместили в металлический корпус, для большей герметичности добавили пробку, закрывающую сосуд. Конструкцию дополнили удобной крышкой, которой отводилась роль небольшого стакана. Новшеством стала внутренняя система, при помощи которой колба поддерживалась изнутри. До этого момента колба закреплялась лишь у горлышка всей конструкции, из-за чего являлась достаточно хрупким изделием. Осенью 1903 года Р. Бургер запатентовал своё изобретение. На следующий год им была основана фирма, которая занималась производством нового изделия – «вакуумной фляжки». Это название не могло претендовать на успех, поэтому вскоре объявили конкурс на самое интересное имя для новинки. Самым звучным вариантом оказалось Thermos (в переводе с греческого Therme означает «горячий»), придуманное жителем Мюнхена, весной 1904 года новая марка Thermos стала использоваться в коммерческих целях.

Через 4 года фирма Thermos GmbH продала своё право на производство термоса трём компаниям, расположенным в Америке, Канаде и Англии. Оттуда новые герметичные контейнеры для хранения жидкостей и поддержания их постоянной температуры стали постепенно распространяться по всему миру.

Термосы в XXI веке: разновидности и назначение

Более чем за век изобретение Дьюара и Бургера неоднократно подвергалось изменениям. К настоящему моменту налажен выпуск термосов различных размеров, начиная с объёма 0,25-1 л (термокружки для хранения напитков) до 40 л (огромные термоконтейнеры для поддержания температуры продуктов). Изменениям подвергся и материал, из которого изготовлялась колба. Помимо традиционных стеклянных сосудов, широко выпускают дешёвые пластиковые и дорогие прочные колбы из металла.
Популярностью пользуются специальные пищевые термосы с широким горлом, а также термосы с судками, с помощью которых можно хранить сразу несколько блюд.
Крышка сосуда чаще всего до сих пор используется в качестве походной кружки, однако для домашнего применения были созданы специальные крышки с пневматическим насосом. С его помощью можно наливать напиток, нажимая на кнопку.
Производством термосов занимаются многие зарубежные и российские компании. Однако право использовать торговую марку есть лишь у фирмы Thermos L.L.C., расположенной в Китае.

Термос — что это и для чего используется?

Бытовой прибор представляет собой ёмкость с двойными стенками, между которыми находится вакуум. Большинство современных приборов имеют дополнительный слой утеплителя и плотную крышку для более надёжного закрывания.

Назначение прибора

Главным предназначением прибора считается сохранение продуктов в свежем виде и при определённой температуре. Если блюдо горячее, оно надолго сохраняет свой привлекательный вкус и аромат. Холодное блюдо не портится в течение продолжительного времени, и его всегда можно разогреть.

Также термос часто используется для приготовления «ленивых» блюд. Например, легко сделать кашу с вечера или заварить компот, отвар. Они получаются вкусными и насыщенными благодаря замкнутому пространству, в которое помещают продукты.

@unsplash.com

Устройство и основные характеристики

Термос был впервые придуман жителем Мюнхена (Германия) в 1904 году. Уникальный по своему строению прибор представлял собой колбу с двойными стенками и зеркальной поверхностью внутри, которая хорошо сохраняла тепло помещённых в него продуктов.

Колба – это основной элемент ёмкости. Он создан из стекла или нержавеющей стали с двойными стенками, между которыми выкачан воздух. Вакуум создан для уменьшения теплопроводности и конвекции между окружающей средой и внутренним содержимым колбы.

Зеркальное напыление покрывает внутреннюю поверхность колбы. Корпус обычно изготовлен из металла или прочного пластика. Также в большинстве современных моделей имеется слой утеплителя и плотная крышка из безопасного пластика.

Прибор сохраняет тепло в течение 8–10 часов. Спустя это время человек имеет возможность насладиться по-прежнему горячим чаем, словно он был заварен только что. Это особенно удобно, когда нет возможности воспользоваться обычным чайником.

Единственным «слабым» местом считается крышка

При выборе модели нужно обращать внимание на эту деталь. Она должна быть изготовлена из прочного и толстого пластика и надёжно прилегать к горлышку

@i0.wp.com

Классический термос для чая и горячих напитков Xiaomi Viomi Stainless Vacuum Cup (0,46 л)

• материал корпуса – сталь;
• вес – 320 г;
• объем – 460 мл;
• сохранение тепла до 24 часов;
• сохранение холода до 12 часов.

Компактный термос изготовлен из нержавеющей стали марки 316 ASI с высокими антикоррозийными характеристиками. Материал устойчив к воздействию кислот и щелочей. Благодаря вакуумному теплоизолированному резервуару изначальная температура жидкости сохраняется на протяжении длительного времени (до 24 часов).

Корпус изготовлен из 8 слоев, внутренние стенки покрыты антибактериальным составом Nano-Asleep. Эргономичный дизайн и надежная крышка-защелка делают использование термоса максимально удобным даже при движении. Они обеспечивают защиту от случайного протекания жидкости. Крышка открывается с помощью кнопки, которая снимает блокировку с запорного механизма.

Матовую поверхность обеспечивает использование специальной технологии покраски распылением. Производители представили Xiaomi Vacuum Cup в белом и черном цвете.

Небольшой термос может использоваться и в городских условиях, и в поездке. Благодаря компактным размерам он вмещается даже в небольшую женскую сумочку. Напиток не протекает. Материалы для корпуса приятны на ощупь. Съемная крышка упрощает мытье посуды после использования.

За:

• стильный дизайн;
• компактность;
• продуманная конструкция;
• сохранение температуры в течение суток;
• два классических варианта расцветки: белый и черный.

Против:

• крышка не может использоваться в качестве кружки;
• после мытья все резинки следует поставить на место, иначе будет нарушена герметичность.

Разновидности материалов

Чтобы выбрать лучший термос, необходимо знать, из какого материала он изготовлен. Это влияет на качество поддерживаемой температуры внутри и его эксплуатационные свойства. Корпус изделия может быть пластиковым или металлическим.

Термос в пластиковом корпусе намного меньше весит

Его стоимость доступнее и это важно, ведь от теплого чая и кофе не откажется никто на даче или рыбалке

Изделия из нержавеющей стали отличаются высокой прочностью. Они не боятся механического воздействия. Большинство из них являются лучшими термосами для еды. Топ таких изделий постоянно печатается на страницах различных печатных изданий. В походе, поездке на дальние расстояния, стальной термос становится незаменимым помощником для хранения жидкости или продуктов.

Контейнер

Чтобы выбрать качественный термос, необходимо подобрать его с надежным контейнером. Эта важнейшая часть изготавливается из нескольких материалов. От нее зависит стоимость, надежность и прочность.

Пластик

Если почитать рекомендации, можно прийти к выводу, выбор термоса из пластика обычно делают люди с небольшим доходом. Основным преимуществом такого изделия считается его вес. К недостаткам можно отнести низкую ударопрочность, небольшой срок эксплуатации. Пластик может вступать в реакцию с содержимым термоса. Со временем он впитывает посторонние запахи.

Нержавеющая сталь

Самые надежные контейнеры изготавливаются из качественной, нержавеющей стали. Они отличаются высокой надежностью и длительным сроком эксплуатации. Выбирая такой термос, необходимо помнить, что изделие намного тяжелее пластикового аналога. Ему требуется соответствующий уход.

Колба

Какой термос лучше, от чего зависит правильный выбор? На этот вопрос есть простой ответ. Посмотрев рейтинг термосов, становится очевидным, что важнейшей деталью устройства является его колба. От того, из какого материала она сделана, зависит время сохранения температуры.

Пластмасса

Главным достоинством колбы из пластмассы является ее небольшой вес. Она не боится механического воздействия. К сожалению, одним из отрицательных качеств является ее способность впитывать запахи. Например, после кофе запах в колбе сохранится, даже если залить другой напиток. Если выбрать термос для чая, нужно помнить, что в процессе эксплуатации остается налет. Перед использованием для других напитков, придется его долго промывать.

Стекло

Этот классический вариант использовался раньше во всех изделиях. Преимуществами сосудов со стеклянной колбой считаются:

• Долго держит температуру;
• Простое обслуживание;
• Сохранность качества продуктов.

Многие годы считалось, что нужно выбирать термос, у которого колба сделана из стекла. Он держит температуру, не требует серьезного ухода. Однако отличается одним серьезным недостатком – при падении может разбиться. Сегодня это самый подходящий вариант для кофе с собой, например, его можно взять на приусадебный участок, где изделие не нужно будет часто переносить.

Металл

Лучшие производители термосов считают, стальная колба идеально подходит для хранения напитков и продуктов. Основными достоинствами можно назвать:

• Нейтральное отношение к запахам;
• Сохраняет температуру;
• Не боится ударов.

Единственным недостатком считается вес изделия. Оно намного тяжелее пластикового аналога. Как выбрать хороший термос для путешествия, конечно же, с колбой из нержавейки. Обычный металл через несколько месяцев покроется коррозией.

Для полевых условий правильным выбором будет вариант со стальной колбой. Она не повредится при падении или сильном ударе.

Утеплитель

Ключевым элементом конструкции является утеплитель. Что же можно использовать в качестве утеплителя:

• Бесплатные газеты с рекламными объявлениями;
• Пенопластовую крошку;
• Пенополиуретан;
• Монтажную пену;
• Шерсть;
• Древесную стружку;
• Туалетную бумагу и т.п.

Простейшим утеплителем могут служить шарики из кусочков бесплатных газет. Недостаток газет — плохая переносимость контакта с водой. Источники пенопласта: упаковка бытовой техники, лотки для овощей. Из него легко сделать крошку.

Рулонный пенополиуретан также используется в качестве упаковочного материала. Продаётся в хозяйственных магазинах. Монтажная пена — тот же пенополиуретан, но в аэрозольном баллончике. Практически идеальный материал, однако есть у нее неприятное свойство: расширяется так сильно, что внутренний сосуд может деформироваться, а если в его роли выступает стеклянная бутылка, то и лопнуть. Пластиковую же необходимо предварительно наполнить водой, чтобы не потеряла форму.

Основной критерий выбора утеплителя — наличие того или иного материала. Предполагаем, что конструкция одноразовая (или близко к тому) и затраты на изготовление должны быть минимальными.

Популярные производители

Чтобы определить, какой фирмы приобрести изделие, необходимо посмотреть топ лучших производителей термосов.

Thermos – вот уже несколько лет подряд считается самым лучшим и в рейтинге занимает первые позиции, в основном из-за красивых очертаний изделия. Изготавливают в Германии. Этот термос предназначен для хранения еды и напитков.

Преимущества:

• Небольшой вес.
• Прочный корпус.
• Длительное время сохраняет температуру.

В зависимости от модели, закрывается пробкой или оборудован клапаном. Достаточно просто нажать на крышку, чтобы она мгновенно открылась. Конструкция исключает случайный пролив, жидкости. Стоимость от 1500 до 3000 руб.

Арктика – отечественная продукция, отличающаяся высоким качеством, а также долгим сроком эксплуатации. Благодаря уникальной технологии ARCTICA STORM термос лучше держит тепло. Компания выпускает несколько модификаций, отличающихся по размеру горловины:

• узкая;
• широкая;
• супер широкая.

Кроме этого, Арктика выпускает изделия, оборудованные пневмонасосом, оригинальной крышкой-поилкой. Колба имеет обтекаемую форму. Ее изготавливают из пищевой нержавейки. Она свободно выдерживает удары и нагрузку. Такие изделия способны не только хранить тепло, но и могут сохранять напиток холодным до 24 часов. В пробке имеются специальные каналы, которые дают возможность наливать жидкость, после небольшого поворота крышки. Стоимость небольшая, от 800 до 2000 рублей.

Biostal – выпускают универсальные, нержавеющие термосы:

1. В линейку «Классик» входят изделия, корпус которых изготовлен из алюминия. Они отлично подходят для ежедневной эксплуатации;
2. Специально для охотников и рыболовов, компания выпустила термосы «Охота». Ударопрочный корпус не боится механического воздействия. Поверхность обработана специальным составом, защищающим кожу от примерзания к корпусу в зимнее время;
3. Водителям пригодится компактный «Авто». Он легко помещается в бардачок. Долгое время сохраняет первоначальную температуру напитка.
4. В комплектацию «Спорт» входят изделия, оборудованные удобной ручкой, специальным ремешком, а также небольшой чашечкой.

Penguin BK16SA – термос, емкостью 1 литр, пригодится для горячих напитков или второго блюда. Плотные стенки, совместно с вакуумированной системой, не допускают преждевременного охлаждения его содержимого. Способен удерживать тепло примерно 15 часов.

Достоинства:

• Большая горловина;
• Небольшая масса;
• Не подвергается коррозии.

Многочисленные отзывы написаны только в положительном ключе. Стоимость в среднем ценовом сегменте, от 1500 до 3000 руб.

Penguin BK16SAThermosBiostalАрктика

Термос какой фирмы лучше держит тепло

Каждого покупателя интересует вопрос о том, какой производитель лучше

Стоит отметить, что при выборе термоса, лучше обращать внимание на известные бренды, которые уже наладили технологию производства товаров

На современном рынке отмечается несколько компаний, выпускающих качественные термосы:

• Арктика и Биосталь – это российские фирмы;
• LaPlaya и Thermos – производители из Германии.

Данные компании выпускают современные модели, которые отличаются эргономичностью, эстетичностью и безопасностью для организма. Европейские компании специализируются на выпуске товаров, которые имеют изотермические свойства. Российские фирмы делают акцент на производстве термопосуды и её составляющих. Последний вариант отличается доступной стоимостью и высоким качеством.

Не многие люди готовы к правильному выбору термоса, зачастую покупая, потому что так захотелось. На самом деле, приобретение должно основываться на потребностях. Если он нужен для туристических поездок, то и характеристики должны соответствовать. Термос обязан быть устойчивым к внешним воздействиям, объем подбирается согласно личным возможностям.

Спортсменам лучше приобретать для тренировок термокружку, компактное и эргономичное изделие. Для чаепития на работе желательно купить помповый термос, который будет надёжно закрываться и стильно выглядеть на рабочем столе. Для домашнего использования отлично подойдёт универсальная модель.

Если остались вопросы по выбору термоса для личного применения, советуем посмотреть подробную видео-рекомендацию по приобретению изделия и различию моделей по характеристикам.

Рекомендации по выбору и уходу

Перед тем, как выбрать термос, необходимо учесть ряд требований:

• Если путешествие будет долгим, лучше приобрести изделие большой емкости;
• Если необходимо сохранить еду, подойдет термос, имеющий большую горловину. Для напитков, подойдет классический вариант;
• На какую сумму рассчитывает покупатель. Она зависит от функциональных возможностей, а также от изготовителя. Брендовые модели всегда стоят дороже.

Чтобы приобрести изделие, помогут советы как выбрать качественный термос:

1. Для определения качества изделия, его необходимо открыть, тщательно осмотреть. Поверхности колбы должна быть без повреждений;
2. Крышка, совместно с пробкой, должна создавать полную герметичность;
3. Уплотнительное кольцо, устанавливаемое между пластиковым корпусом и горловиной, должно иметь точные размеры. Это поможет сохранить температуру, защитить от проливания, при хорошо закрученной пробке;
4. В качественном термосе отсутствуют резкие запахи;
5. Колба не должна двигаться;
6. Пробка изготовлена из высококачественного материала;
7. В паспорте изделия обязательно указывается гарантийный срок, предоставляемый производителем. Это говорит о качестве, а также возможности заменить его в случае обнаружения дефекта;
8. В документации должен быть указан производитель, в какой стране изготовлен, адрес завода. Если такая информация отсутствует, значит, выбранный товар низкого качества.

Выбирая термос, необходимо учитывать, что конструкция изделий у разных моделей может отличаться своими показателями

Очень важно определить активное время сохранения содержимого горячим. Вакуумная колба держит температуру в течение от 6 до 7 часов, металлическая – от 8 до 10

Термосы должны соответствовать параметрам, указанным в руководстве эксплуатации.

Для увеличения срока пользования, нужно выполнять несколько простых правил по уходу:

• Перед наполнением, термос нужно охладить или прогреть. Например, залить кипяток. В результате внутри изделия выровняется температура, оно будет выполнять свои функции лучше;
• Не разрешается хранить очень горячие жидкости, например, кипящее масло. Возможна деформация колбы, она может треснуть;
• Желательно уберечь термос от падения. Стеклянная колба разобьется, у металлической возможно расхождение сварочных швов;
• Изделие нужно регулярно чистить. Лимонную кислоту засыпают внутрь. Заливают кипятком, сосуд плотно закрывают крышкой и выжидают 30 минут;
• Удалить неприятные запахи поможет рис. В термос наливают два стакана кипятка, засыпают один стакан крупы. Выжидают 15 минут, запахи полностью исчезнут;
• В холодную стеклянную колбу нельзя заливать горячую воду, и наоборот.

Все вышеописанные правила помогут сделать грамотный выбор термоса, с учетом индивидуальных потребностей каждого.

Средства для очисткиМоющие средства не должны иметь агрессивные веществаПроверьте целостность перед покупкойПосле использования промывайте водойНеприятный запах уберет рис

Основные параметры выбора термоса

Конструкция термоса проста. Он состоит из двух основных частей: наружного корпуса и внутреннего сосуда. Современные изделия изобилуют разными улучшениями в виде пробок, ручек, стаканчиков, помп и т.д. Классическим же вариантом является термос, состоящий из наружного корпуса, внутреннего сосуда, пробки и крышки, выполняющей функции стакана. Внутренняя ёмкость представляет из себя один из видов сосуда Дьюара с двумя стенками. Промежуток между стенками герметичный и из него выкачан воздух.

Сначала надо чётко понимать для чего приобретается термос. Чаще всего предполагается его эксплуатация в следующих случаях.

• Для использования в стационарных условиях: на кухне, в доме или в саду.
• Для создания комфорта в полевых условиях: в походе, на экскурсии или на пикнике.

В зависимости от предполагаемого применения и выбирают термос. Для дома отлично подойдёт модель с широким горлом, имеющая достаточный объём и надёжную пробку. Для использования в походных условиях обычно выбирают лёгкие по весу и небольшого объёма.

Для проверки исправности термоса, надо залить в него горячую воду и закрыть пробку. Сразу проверяют наличие утечек. Если изделие не протекает, а вода в нём через 2 часа не остыла, то изделие функционирует нормально.

Объём изделия

Основная характеристика термоса – это объём сосуда. Существуют маленькие модели, позволяющие сохранять температуру продукта в размере одного стакана (0,25 литра). В промышленные варианты можно заливать до 40-50 литров жидкости. Такие изделия называют уже термоконтейнерами. Условно различают три основные категории термосов по этому признаку.

• Небольшого объёма. В эту категорию относятся модели объёмом от 0,25 до 1 литра.
• Стандартный вариант. Сюда входят изделия, имеющие объём внутреннего сосуда от 1 до 3 литров.
• Большого объёма. Сюда относятся модели, внутренний объём которых превышают 3 литра.

Корпус термоса

Раньше корпусы термосов изготавливали только из металла небольшой толщины. Для этого применяли нержавеющую сталь или жесть. С появлением достаточно прочных пластмасс, корпус стали делать ещё из пластика. Сегодня пластиковые корпусы, особенно стандартного и большого объёма, не уступают металлическим. Выбор материала корпуса зависит от желания и вкуса покупателя. При этом не стоит беспокоиться за целостность термоса при его транспортировке.

Колба

Для изготовления самой важной детали конструкции используют три вида материала

• Стекло. Этот традиционный материал применялся ещё в самых первых конструкциях термосов. Но стекло не отличается высокой прочностью. Всем известно, что трещины на колбе термоса всегда появляются неожиданно. В этом случае он отправляется на полку до покупки новой колбы. Но теплоизоляционные и экологические свойства стекла не удалось превзойти ни одному материалу. Поэтому стекло до сих пор широко применяется при изготовлении колб.
• Металл. Металлические колбы появились позже стеклянных. Преимуществом их является прочность и долговечность. Металл хорошо сохраняет температуру, но несколько хуже стекла. Уход за внутренней поверхностью стальных колб вызывает определённые трудности. К металлу прочно прилипают остатки пищевых продуктов, от которых трудно избавиться.
• Пластмасса. Недавно колбы стали изготавливать из пластика. Прочные и лёгкие, устойчивы к ударным нагрузкам. Но пластик прекрасно впитывает запахи, а теплопроводность пластмасс пока что уступает стеклу. Но развитие новых технологий, несомненно, скоро выведет пластик на первое место среди применяемых для изготовления колб материалов.

Принцип работы термоса

      Теперь, когда Вы знаете, для чего предназначен термос, то можно познакомиться с его работой. Здесь нужно немного вспомнить свои знания по физике, а именно теплообмен веществ. Так как термосу необходимо сохранить тепло внутри себя, то его нужно изолировать от внешней среды, которая заставляет его остывать. Самый простой изолятор веществ — это воздух, но стоит знать, что он не идеален. Поэтому во многих термосах применяют вакуум, т.е. пространство, где нет никаких веществ, следовательно, и передавать тепло от колбы в окружающую среду будет нечем. Кстати, чтобы вода в термосе была чище, пользуйтесь кувшинными фильтрами.      Принцип работы термоса схож с сосудом Дьюара, который представляет собой сосуд из двойных стенок. Между стенками как раз и живёт вакуум или воздух. Сам сосуд сделан либо из стекла, либо из нержавеющей стали. Внутренняя часть колбы покрыта отражающим материалом, который отражает тепло внутри термоса. Внешняя часть термоса изготавливается либо из металла (больше механической прочности), либо из пластика.

Сборка термоса

Возьмём две пластиковые бутылки с относительно толстыми стенками: на поллитра и на литр, либо на 1.5 и на 3 литра. Внутреннюю лучше подобрать с длинным узким горлышком. Это более выгодно для теплоизоляции.

• У внешней аккуратно срезаем горлышко при помощи ножа. Диаметр получившегося отверстия должен быть немного меньше пробки внутренней бутылки. Затем делаем небольшие продольные надрезы, чтобы внутренняя вошла с натягом.
• Внешняя бутылка разрезается на 2 части чуть ниже середины. Разрезать под небольшим наклоном к оси симметрии. Так разрезанные части легче войдут друг в друга при сборке.
• Оборачиваем внутреннюю бутылку фольгой. Фиксируем её при помощи скотча.
• Вставляем внутреннюю бутылку в верхнюю часть внешней.
• Наполняем внутренний объем утеплителем. Проще всего это сделать, когда он измельчён на мелкие кусочки (в случае газет обрывки скатать в шарики), либо при использовании монтажной пены.

•  Вставляем части внешней бутылки друг в друга и склеиваем их скотчем.
•  Обклеиваем место выхода горлышка внутренней бутылки, чтобы вода не попала в зону утеплителя.
• Сборка завершена. Осталось провести испытания.