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热水瓶是什么 关于热水瓶的详细介绍

热水瓶,也叫保温瓶,是英格兰的科学家杜瓦发明的。1900年,他第一次使压缩氢气变成液体,即液态氢。这种东西得用瓶子装起来,可当时并没有现在这样的保温瓶。他就自己研制。他采用真空的办法,即做成双层瓶子,把隔层中的空气抽掉,切断传导。可是这样之后热的辐射也会影响保温,于是杜瓦在真空的隔层里又涂了一层银或反射涂料,把热辐射挡回去。再用一个塞子把瓶口堵住。这样热传导的三个方式都被切断了,瓶内胆能较长时间保持温度。他就用这种瓶子储存液态氢。后来得到广泛的应用,几乎现在每家都有保温瓶即热水瓶。 基本信息 中文名:热水瓶 英文名:reshuiping 别名:保温瓶 传递方式:热的辐射、热的对流、热的传导 简 介:是英国的科学家杜瓦发明的

引言

(图)热水瓶 热水瓶

大多数人都拥有或熟悉“热水瓶”(也称作真空瓶或杜瓦瓶)。我记得童年时我的午餐盒就附带这么一个瓶子。如果妈妈在里面放了葡萄汁,午餐时我就能喝到美味、凉爽的葡萄汁。如果第二天她在里面放了热汤,午餐时我就能喝到热汤。我还记得我曾问道,“它怎么知道要保持里面的东西热还是冷呢?”换句话说,就是它的转换开关在哪里?或者,“烤箱可以加热东西,冰箱可以冷却——这个东西怎么两样都可以做呢?”

热水瓶依据的原理——热传递

假如您把一杯冰水或一碗热汤放在厨房的桌面上。您知道将会发生什么:那碗热汤将冷却到室温,而那杯冰水将回复到室温。这就是生活中的热力学,如果任何两个不同温度的物体在一起,热传递将使它们达到相同的温度。所以,“房间”和“热汤”会通过热度传递过程达到相同的温度——房间稍微变热,汤却凉了许多。
如果您想让一碗汤尽量长时间地保温,也就是说,如果您想尽量减缓热传递的过程,您就需要让造成热传递的三个过程慢下来。这些过程是:

传导。让我们先回答一个简单的问题:什么是热?热就是原子的运动。原子的“热”可以用它的速度来代表。在绝对零度(absolute zero)时没有原子运动。但是,当原子变热时,它们就会开始运动。当一个原子与其他原子发生碰撞时,就会传输热量。这种情况与台球碰撞有点类似,第二个原子得到了第一个原子的一部分运动能量。热量就是通过这些碰撞传输的。

这一现象的最佳例子就是,拿一根金属棒并加热它的一端,另一端通过传导就会变热,然后变烫。当您把金属平底锅放在炉子上时,热量通过锅底部的金属进行传导,锅里就会变热。一些材料(如金属)的导热性要优于其他材料(如塑料)。

辐射。原子运动的另一种效应是振动,振动导致了一种意想不到的现象——红外辐射。根据《大不列颠百科全书》,“化学键束缚的原子或原子团的旋转和振动可以吸收和发射红外辐射,因而有许多种材料都可以吸收和发射红外辐射。”红外辐射是光的一种形式。

我们的眼睛看不到红外线,但是我们的皮肤可以感受它。我们接收到的太阳能大约有一半是不可见的红外辐射,其余就是我们可以看见的光。像可见光一样,红外线也可以被镜子反射,也更容易被黑色物体吸收。当红外线被吸收时,它可以造成原子运动,进而导致温度的上升。常见的红外线的例子有,您感受到电暖气或一块烧红的金属发射的热,您感受到壁炉中的砖发出的热,即使壁炉中的火已熄灭,以及太阳落山后您感受到的混凝土墙发出的热。

对流。对流是液体和气体的一种属性。发生的原因是,液体或气体变热的部分会上升到其余部分之上。这样,如果您把一碗热汤放在餐桌上,它会加热碗周围的一部分空气。而由于该部分空气比周围的空气热,它就会上升。冷空气会填充留下的空间。然后,这部分新的冷空气又被加热并上升,如此循环,可以设法加快对流速度,这就是对着热汤吹气可以让它快点凉下来的原因。如果没有对流,热汤保热的时间会长得多,因为空气是热的不良导体。
当您站在篝火旁时,您可以观察到所有这三种传热递过程:

(图)热水瓶 热水瓶

对于像这么大的篝火,您可能需要站在至少6米之外。让您远离篝火的是红外辐射发射出的热。火焰和烟通过对流被带到上方:篝火周围的空气被加热而上升。篝火下面1米的土地将会因热传导而变热。土壤的顶层被辐射直接加热,然后,热量逐层传导至更深的土地。

要制作一个好的热水瓶,您需要做的就是尽可能地减少这三种热传递现象。
对于像这么大的篝火,您可能需要站在至少6米之外。让您远离篝火的是红外辐射发射出的热。火焰和烟通过对流被带到上方:篝火周围的空气被加热而上升。篝火下面1米的土地将会因热传导而变热。土壤的顶层被辐射直接加热,然后,热量逐层传导至更深的土地。

要制作一个好的热水瓶,您需要做的就是尽可能地减少这三种热传递现象。

热水瓶的内部结构

要制作像热水瓶那样的容器,一种方法是拿一个罐子,用泡沫绝热材料把它包裹起来。绝热材料之所以起作用,有两个原因。首先,泡沫中的塑料是热的不良导体。其次,泡沫中截留的空气更不利于热的传导。因此会降低传导性。由于空气被分隔成极小的气泡,因此泡沫绝热材料在很大程度上还起到了消除泡沫内部对流的作用。所以,经过泡沫的进行的热传递就非常少。

(图)热水瓶 热水瓶

事实表明还有比泡沫更好的绝热体——真空。真空就是没有原子。“完全真空”不含任何原子。要实现完全真空几乎是不可能的,但是可以做到接近真空,没有了原子,就可以完全消除传导和对流。

热水瓶里有一个抽成真空的玻璃瓶胆。热水瓶内部是玻璃层,而玻璃周围是真空。玻璃瓶胆容易破,所以将它包在塑料或金属外壳内。许多热水瓶其实是可以旋开并取出玻璃瓶胆的。

热水瓶还更进了一步。玻璃进行了镀银处理(像镜子那样),以减少红外辐射。真空和镀银的结合大大减少了对流、传导和辐射造成的传热。

那么为什么热水瓶里的东西最终会冷却下来?在图中,您可以看到有两个传热的路径。其中比较大的是瓶塞,另一个就是玻璃,它在热水瓶顶部内外壁交接的地方产生了一个传热的路径。虽然通过这些路径进行的传热很少,但并不是没有。

热水瓶是否知道里面的液体是热是冷?不知道。热水瓶所做的只是限制通过热水瓶壁进行的传热。那样可以使热水瓶里面的液体长时间保持温度几乎不变,无论是热还是冷。

尝试改进绝热方式

如果您喜欢做实验,您可能想通过一些实验来比较各种绝热方式和热水瓶之间的差异。或者,您可能想改进热水瓶的性能。最终的问题就是“您是否能让一杯咖啡保温一整天?”:如果您可以肯定地回答这个问题,您就可以凭借它创建一个商业帝国了……
一个调查途径就是更好地了解您的热水瓶:

1.拿一个热水瓶。
2.向里面注满沸水并盖上瓶塞。
3.每隔一两个小时用温度计测量一次它的温度,观察温度曲线。
如果您把热水瓶放到泡沫保温盒中,是否会有什么变化?如果把热水瓶倒立放置在保温盒中一个白天,会有什么效果?
您可以尝试的另一件事情是,做一组实验来找出不同材料的绝热值。找几个可以与热水瓶盛装相同体积液体的罐子,然后尝试使用不同的材料给它们绝热。试试家中像泡沫、羊毛、铝箔、塑料、报纸之类的东西,也可以组合起来使用,还可以试验不同的厚度。您可以了解很多有关不同材料导热性的问题!

最大的热水瓶

在这一点上,一个经常问到的问题是,“如果真空是那么好的绝热体,那么如何冷却太空船?”太空船中积聚的热量来自它的电子设备、燃料电池、火箭引擎以及接收到的太阳辐射,等等。所有这些热量必须有个去处,否则太空船就会过热。但是,太空船是飘浮在世界上最大的热水瓶(外太空的真空)中。那么太空船如何处理它多余的热量呢?
原来散热是太空船设计过程中一个相当重要的部分。例如,如果您看一下此页,就会发现Skylab(太空试验站)有一个镀金涂层,用来反射来自太阳的红外辐射,还有一个大型散热器来消散积聚的热量。太空散热器只能使用红外热辐射来消散热量,所以它必须比地球上类似的散热器大出许多。在地球上,对流在冷却过程中起主要作用,因此几乎所有散热器都使用风扇来增强对流效果。同样,太空船货物港门的内侧也装有散热器。一旦太空船进入轨道,工作人员首先要做的事情之一就是打开这些门进行辐射散热。

那么,如果太空是一个巨大的真空,而真空是一个绝热体,为什么宇航员在太空行走时会冻手呢?冻手问题实际上是一个非常有趣的问题。

热水瓶的危害



某研究机构对盛了98天开水的五磅热水瓶胆内壁的水垢进行了化学分析,所含重金属量分别为镉0.034毫克,铅0.12毫克,铁24毫克,砷0.21毫克,汞0.44微克。  水垢的存在有使饮水中重金属浓度增加的可能性。当用有水垢的热水瓶改盛其他液体,特别是酸梅汤、啤酒等酸性液体后,沉淀于水垢中的一些重金属元素就会因发生化学反应,重新溶解在水或其他液体里。  当人们长期小量地把这些重金属摄入体内,就有可能引起人体消化、神经、呼吸和造血系统的病变和功能障碍。所以,对这种水垢万万不可小瞧!为此建议人们应定期消除这种水垢。
辨别是否保温



听音法

把空瓶口附在耳朵上, 回声越大越好!

热水瓶
这是检测水瓶胆有没有破裂的一种方法,那些声音是空气流动形成的回音,回声越大越好!
开水速测法

在空瓶中导入半瓶至一瓶开水,盖上盖儿,大约三分钟后,双手捧住热水瓶试温,如果感觉热,说明保温性能不佳;如果不感觉热,说明保温性能好。 注意事项

  (1) 热水瓶在灌水之前,应先用少量热水涮一下进行预热,特别在冬季,温差很大,瓶胆骤冷骤热易发生炸裂。

  (2)新水瓶木塞应先用水泡透后方可使用。因为干木塞盖在水瓶口会自然吸水胀大,到一定程度会冲破水瓶。平常灌入开水后,瓶塞也不宜堵得太紧。

  (3)热水瓶使用一段时间后,瓶底和瓶壁会附有一层水垢,这些水垢多了既影响保温又影响饮水卫生,应及时清除干净。可放一些碎蛋壳混同一部分水,双手握住水瓶,上下来回摇晃数次,一般水垢就可除去。这样若还不能清除,可再放入适量温盐水、碱水或小苏打水,一起晃动几次即可清除水垢。

其他资料



人在太阳光的照射下 ,会感 到身上热乎乎的 ,这是因为太阳 的热射到了我们身上,这叫热的 辐射。
防止热辐射的最好办法是把它挡回去,反射热最好的材料是镜子。
倒一杯开水放在桌子上,由于杯子里的水和周围 空气的流动,使得水温逐渐变得 和周围环境的温度一样了,这是热的对流。
如果在杯子上加个盖,就 把对流的道路挡住了。可 是这杯水依然会变凉,只是时间长些。这是因为杯子有传热的性质,这叫做热的传导。
热水瓶胆用双层玻璃做成,两层玻璃都镀上了银,好像镜

子一样,能 把热射线反射回去,这就断绝了热辐射的通路。把热水瓶 的两层玻璃之间抽成真空,就破坏了对 流传导的条件。热 水瓶盖选用不容易传热的软木 塞, 隔断了对流传热的通路。完善地把传热的三条道路都挡住了,热就可以长久地保留下来。但热水 瓶的隔热并不那么理想,仍然有一部分热能够跑出来,因此热水瓶的保温时间有一定限度。
热水瓶的功能是保持瓶内热水的温度,断绝瓶内与瓶 外的热交换,使瓶内的“热”出 不去,瓶外的“冷”进不来。如果在热水瓶里放上冰棍儿,外面的“热”同样不容易跑 到瓶子里,冰棍也不容 易化。所以把热水瓶叫做保温瓶是科学的,因为它既 能保“热”,也能保“冷”。 热水瓶能够保温,是由热水瓶胆的构造特征所决定的。原来,热水瓶胆由两层薄的玻璃外壳组成,两层外壳之间抽去空气,并在瓶胆一侧镀上一层薄薄的银。热水瓶胆有一个比它“身体”部分细得多的瓶口,瓶口上可以塞上软木塞。正是这样的构造使热水瓶成了“心肠热,外表冷”的保温瓶。
当热水瓶中灌入开水以后,热水瓶的结构使水的热量不能以通常方式进行传递:一是热的对流被切断。瓶内被加热的空气会寻找所有可能的“出口”往外跑,而外面的冷空气也会无孔不入地钻进热水瓶里去。但是,由于瓶颈较细,又被软木塞紧紧地塞住,因此热对流的唯一通道被切断。二是热传导被阻塞。虽然与金属物品相比,空气的导热性能比较差,但瓶胆中的热量仍然会通过玻璃外壳传递到瓶外的空气中去。但是,由于瓶胆有两层玻璃外壳,中间又抽成真空,因此热传导的媒介物——空气变得非常稀薄,热传导的通道也被阻断。三是热辐射被杜绝。冬天,在太阳光下,我们会感到比较暖和,这正是太阳光的热辐射造成的。由于热水瓶胆镀上了一层薄薄的银,因此热量的辐射受到了银层的反射而被挡在瓶胆内部,这就使得热辐射的途径也被杜绝了。
理想的情况是,瓶胆把传热的三种方式都阻断以后,热水瓶中的热水可以永久地不会冷却下来。但是,实际上热水瓶的隔热效果并不那么完善,因此热水瓶的保温总有一个时间的限度,超过这个时间限度,热水瓶就不再保温。
.热水瓶为什么能保温呢?
热的传递方式有三种:热的辐射、热的对流、热的传导。
人在太阳光的照射下,会感到身上热乎乎的,这是因为太阳的热射到了我们身上,这叫热的辐射。
防止热辐射的最好办法是把它挡回去,反射热最好的材料是镜子。
倒一杯开水放在桌子上,由于杯子里的水和周围空气的流动,使得水温逐渐变得和周围环境的温度一样了,这是热的对流。
如果在杯子上加个盖,就把对流的道路挡住了。可是这杯水依然会变凉,只是时间长些。这是因为杯子有传热的性质,这叫做热的传导。
热水瓶胆用双层玻璃做成,两层玻璃都镀上了银,好像镜子一样,能把热射线 反射回去,这就断绝了热辐射的通路。把热水瓶的两层玻璃之间抽成真空,就破坏了对流传导的条件。热水瓶盖选用不容易传热的软木塞,隔断了对流传热的通路。完善地把传热的三条道路都挡住了,热就可以长久地保 留下来。但热水瓶的隔热并不那么理想,仍然有一部分热能够跑出来,因此热水瓶的保温时间有一定限度。
热水瓶的功能是保持瓶内热水的温度,断绝瓶内与瓶外的热交换,使瓶内的“热”出不去,瓶外的“冷”进不来。如果在热水瓶里放上冰棍儿,外面的“热”同样不容易跑到瓶子里,冰棍也不容易化。所以把 热水瓶叫做保温瓶是科学的,因为它既能 保“热”,也能保“冷”。  参考资料

[1] Ask A Scientist:Thermos Physics http://home.bowenwang.com.cn/framed.htm?parent=thermos.htm&url=http://newton.dep.anl.gov/askasci/phy99/phy99x81.htm

[2] 博文网 http://home.bowenwang.com.cn/thermos5.htm

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