了不起的物理

2 保溫杯如何做到一晚上水都不冷?

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保溫杯是日常生活中離不開的“養生神器”,保溫效果好,開水放進去可能10個小時都不會顯著降溫。為什麽保溫杯會具備如此強大的保溫能力呢?

一杯熱水會涼,是因為熱量耗散了。熱量的傳遞主要有三種方式,分別是熱傳導、熱輻射和熱對流。熱傳導指的是,當高溫物體和低溫物體直接接觸時,熱量會從高溫物體自發地轉移到低溫物體。北方冬天室內用的暖氣就是利用了熱傳導原理。高溫暖氣片通過與空氣接觸,把熱量直接傳遞給周圍的冷空氣,使其升溫,房間就變暖和了。熱輻射指的是,物體通過向外發出電磁波散發熱能。例如,冬天洗澡時用的浴霸,靠的就是熱輻射,浴霸都很亮,這其實是高功率的電磁波把熱量傳遞到了你身上。熱對流指的是,發生在流體中的、帶著熱量的流質直接流入冷的流質當中,使本來低溫的地方溫度升高。吹風機利用的就是熱對流的原理。

對於保溫杯來說,它的設計原理是針對熱水的主要散熱方式進行阻隔,從而大幅度降低散熱效率,使熱水的降溫速度減慢。那麽熱水在保溫杯中的主要散熱方式是前麵提到的哪幾種呢?

首先看熱輻射,隻要有溫度的物體都會產生熱輻射。而熱水的溫度通常不會超過100攝氏度,從熱輻射的角度來看這個溫度並不高,所以熱輻射的散熱效率很低,它不可能是保溫杯主要的散熱方式。熱對流也不可能是保溫杯的主要散熱方式。因為杯子是固體,而熱對流是發生在流體中的,所以對於一杯熱水來說,最主要的散熱方式就隻能是熱傳導了。把熱水放在普通杯子裏,它會跟周圍溫度較低的空氣接觸,從而把熱量散出去。

那麽設計保溫杯的目的,實際上就是降低熱傳導的效率。每個保溫杯都有一個內膽,內膽中有一個抽真空的腔體。當把腔體抽成真空以後,熱水的熱量最多隻能傳給內膽。內膽想要把這個熱量散發出去,效率是很低的。因為抽了真空之後,理論上沒有東西與它直接接觸,或者說內膽中的空氣密度很低,跟內膽接觸的物質少,導致熱傳導效率低,因此保溫杯就可以起到很好的保溫作用。