В чем секрет термоса?

В чем секрет термоса?

Автор: Третьяков Артем Александрович

Новосибирск,  2018

Содержание

     Введение

1. Назначение термоса.
2. Виды термосов.
3. Сосуд Дьюара.
4. Отсутствие теплообмена в термосе
5. Строение термоса.
6. Практическая часть

     Заключение

     Используемая литература

Введение

        На уроке физики в этом году мы проходили тему «Тепловые явления». Я обратил внимание на интересный прибор под названием «термос». Его назначение заключается в том, что при наливании в сосуд  жидкости  определённой температуры, она сохраняет эту температуру в течение нескольких часов. Мне стало интересно узнать, почему термос сохраняет температуру жидкости и можно ли сделать этот прибор самостоятельно.

Цель: изготовить термос самостоятельно в домашних условиях.

Задачи:

1. Изучить литературу по данной теме.

2. Рассмотреть сосуд Дьюара.

3. Проверить работу собственных термосов.

Назначение термоса

        Термос — это специфический вид посуды, которая изготовлена из теплоизоляционного материала и предназначена для хранения жидких продуктов питания, в том числе и напитков. Стоит отметить, что как правило, термос используют для хранения и перевозки горячих напитков. Благодаря материалу, из которого произведен сосуд термоса напитки в течение более длительного периода времени сохраняют свою первоначальную температуру.

        Оригинальное название изобретению дал житель Мюнхена, который выиграл конкурс на лучшее название торговой марки. С 1903 года новый бытовой сосуд для хранения горячих напитков и жидких кулинарных изделий стали называть не иначе как термос или thermos, что в дословном переводе с греческого означает «горячий». Основным элементом термоса можно считать колбу, расположенную внутри сосуда. Колба - это и есть сосуд Дьюара, который помещен в металлический корпус, а также оснащен пробкой и крышкой.

        Современные колбы для термосов производят из стекла или же из нержавеющей стали. Колба представляет собой сосуд с двойными стенками с искусственно созданным вакуумом между ними. Это значительно снижает конвекцию между колбой и окружающей сосуд средой, а также помогает уменьшить теплопроводимость. Для улучшения теплоизоляционных свойств колбы ее стенки покрывают специальным зеркальным напылением. Внешний корпус термоса изготавливают не только из металла, но и из пластмассы.

Виды термосов

        Однако, пластмассовые термосы считаются менее долговечными. Существует несколько основных видов термоса, которые отличаются друг от друга своим объемом, а также дизайнерским решением. Пожалуй, самым популярным видом термосов можно считать термос пищевой - это один из наиболее распространенных видов, который отличается конструкцией горловины сосуда. Обычно, диаметр горловины колбы пищевого термоса равен 65-80 мм. Такой термос можно использовать для хранения и транспортировки жидких продуктов питания, в том числе первых и вторых блюд, а также мороженного, которое  прекрасно сохраняется при помощи сосуда Дьюара.

        Термос для напитков - это подвид пищевого термоса, который отличается меньшими размерами горловины (25-55 мм) и используется, как правило, для хранения и транспортировки готовых напитков.

        Универсальный термос - это сосуд, который предназначен как для хранения жидких кулинарных изделий  и напитков.

        Отдельно выделяют также такие подвиды пищевых термосов как:

• термос с судками, т.е. многоуровневый термос, который дает возможность хранения сразу нескольких блюд, а также напитков в отдельных емкостях, которые скреплены между собой;
• термос с пневмонасосом или улучшенная модель пищевого термоса, крышка которого оборудована насосом, помогающим разливать содержимое колбы при помощи нажатия на кнопку.

         Термосы используют не только в быту. Термосы большого объема используют в общественном питании, а также в армии и на флоте. Термос считается незаменимой вещью в походах или военно-полевых условиях, где достаточно сложно приготовить горячую пищу. Примечательно то, что от объема термоса зависит продолжительность сохранения определенной температуры напитков или жидких кулинарных изделий в колбе. Чем больше объем термоса, тем дольше сохраняется горячая или же холодная температура термоса.

        Пищевой бытовой термос предназначен для хранения не только горячих, но и холодных напитков. Следует отметить, что нужно всегда наполнять термос полностью, так содержимое сосуда гораздо дольше будет остывать или же наоборот нагреваться. Термос не требует особого ухода, нужно только тщательно мыть сосуд  до и после использования. Кроме того, стоит следить за тем, чтобы термос не падал, иначе повреждается внутренняя хрупкая колба и термос становится автоматически непригодным к использованию.

Сосуд Дьюара

        Ранее, я упомянул про так называемый «сосуд Дьюара». Теперь я расскажу более подробно про данный сосуд. По своим основным характеристикам термос относится к разновидности сосуда Дьюара, который также предназначен для длительного хранения веществ. Постоянная высокая температура в сосуде Дьюара поддерживается за счет теплоизоляции. Сосуд Дьюара представляет собой колбу, которая изготовлена из стекла. Особенностью данной колбы считается наличием сразу двух стенок, в пространстве между которыми выкачан воздух. Для того, чтобы улучшить основные характеристики сосуда для его изготовления был использован отражающий материал, который напоминает по своим свойствам зеркало.

        В качестве отражающего напыления может быть использовано серебро или другие материалы. В настоящее время именно сосуд Дьюара используют при производстве бытовых термосов. Термос используют исключительно для хранения уже приготовленных кулинарных изделий, например напитков, настоев и отваров, супов, а также каш. Сосуд Дьюара был изобретен в конце XIX столетия. Однако, сосуд изначально предназначался для хранения сжиженных газов. В начале XX столетия немецкий производитель изделий из стекла Рейнгольд Бургер смог усовершенствовать химический сосуд и приспособить его для кулинарных целей, а именно хранения готовых напитков и жидких блюд.

        Для того, чтобы хрупкий сосуд Дьюара стал более удобным для использования в быту Бургер оснастил его прочным металлическим корпусом, а кроме того крышкой, которая играла роль стаканчика. Помимо того Бургер решил оснастить бытовой сосуд пробкой, которая его закупоривала, тем самым не давая напитку или кулинарному изделию потерять свою температуру. Стоит отметить, что немецкий производитель смог улучшить сосуд Дьюара при помощи дополнительной фиксации внутренних стенок колбы, часто повреждающихся при использовании.

Отсутствие теплообмена в термосе

        Поскольку воздуха между внутренней и внешней стенкой нет, то отсутствует конвекция и теплопроводность. Из-за блестящего покрытия стенки сосуда энергию отражают, поэтому она не передаётся  излучением.

Строение термоса

Практическая часть

I. Изготовление термосов

1 способ

Для создания термоса  нужно подготовить:
- полиуретановую пену;
- малую пластиковую бутылку (0,5 л);
- большую пластиковую бутылку(1,0 л);
- пищевую фольгу;
- скотч;
- нож

        Первым делом меньшую бутылку я тщательно обмотал фольгой, таким образом, чтобы блестящая часть фольги (ее наружная часть) была с внутренней стороны, т.е. соприкасалась с поверхностью бутылки. Обернул  бутылку в 10 слоев фольгой. Тщательно прижал ее руками к пластику. Затем разрезал вторую бутылки на две части при помощи ножа. Вставил  заготовку внутрь. Склеил две части большой бутылки скотчем.
Из всей бутылки должна остаться вне фольги только крышка, дно также  тщательно обернул. Затем прорезал внизу бутылки небольшое отверстие, чтобы можно было заполнить свободное пространство полиуретаном.
Оставил  изделие высыхать на несколько часов.

        Данный термос можно использовать для холодных напитков.           

2 способ

Для создания термоса  нужно подготовить:

1. Стеклянную  бутылку с винтовой крышкой (0,5 л).

 2. Пустую пластиковую бутылку  (2 л).

3. Алюминиевую  фольгу.

4. Кусок поролона.

 5. Широкий скотч.

6. Ножницы.

        Я взял пустую пластиковую бутылку и разделил поперечным разрезом на 2 примерно одинаковые части. А стеклянную бутылку обернул  фольгой. Затем ту же бутылку обернул слоем поролона и закрепил его ниткой. Снова обернул бутылку слоем фольги. Поместил данный сосуд между 2 частями пластиковой бутылки. Верхнюю и нижнюю части пластиковой бутылки скрепил скотчем. Бутылку  закрыл крышечкой. Термос готов! Этот термос можно использовать для горячих напитков.

II. Проверка  термосов на применение их  в быту

        1. Я взял термос, изготовленный для холодных напитков. Налил в него холодную воду из холодильника. А также налил такую же холодную воду в обычную пластиковую бутылку (0,5 л). Проводил измерения температуры воды в моем термосе и в бутылке через каждые 30 мин. Результаты опытов представил в таблице и на графике.

График зависимости температуры нагревания воды от времени

        На основании проведенных опытов можно сделать вывод: вода в термосе длительное время сохраняется прохладной, в отличие от воды в обычной бутылке.  Поэтому этот термос можно использовать в  быту.

        2. Взяв термос для горячих напитков, я налил в него воду температурой 800С. Воду такой же температуры налил в стакан и в термос, купленный в магазине.  Проводил измерения температуры воды через каждые 30 мин. Результаты опытов представил в таблице и на графике.

График зависимости температуры охлаждения воды от времени

        На основании проведенных опытов можно сделать вывод: вода в моем термосе остывает быстрее, чем в термосе, купленном в магазине. Но в течение 3 ч вода оставалась теплой. Значит, мой термос можно использовать в быту в течение нескольких часов и пить, например,  горячий чай на переменах в лицее.

Заключение

        Итак, можно сказать, что термос – это  бытовой прибор для долговременного поддерживания температуры жидкости или твёрдых тел. В ходе работы над проектом я изготовил 2 разных термоса, которые показали, что работают и сохраняют температуру жидкости в течение нескольких часов.  Я понял, что сделать термос достаточно несложно.

Используемая литература

1. Пурышева Н.С., Важеевская Н.В. Физика.8 класс- учебник для общеобразовательных учреждений, 2015.

2. http://findfood.ru/termin/termos 

3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Термос