魔法瓶は、周囲温度と知覚される「冷たい」液体および「熱い」液体との温度差があるため、冷たい液体を冷やすのにより効果的であるように思われます。熱エネルギーが伝達されます 熱い液体が移動するよりも速く 冷たい液体に。
学生時代のランチタイムのことを思い出せますか?私のランチバッグには、ピーナッツバターとゼリーのサンドイッチ、リンゴ、ポテトチップス、室温のカプリサンが入っていました。バッグから魔法瓶を取り出して、温かいスープを丸呑みしたり、冷たいジュースを飲み始めたりする子供たちにうらやましかったことを今でも覚えています。私の食べ物はすべて同じ温度になる傾向があり、両親は魔法瓶を買うことを拒否し、私がそれを失うだろうと主張しました (彼らはおそらく正しかったでしょう)。
魔法瓶の見かけの魔法は何年もの間私を困惑させてきましたが、魔法瓶を愛するさまざまな友人から興味深い事実も学びました.要するに、彼らの魔法瓶は、熱い液体を熱く保つよりも、冷たい液体を冷たく保つのに優れています.それはなぜですか?
魔法瓶とは?
その複雑さを理解する前に、魔法瓶を広く見て、主題をより明確に理解しましょう。魔法瓶は、真空を特徴とする二重壁設計のおかげで、液体を高温または低温に保つことができる容器です。
より正式には真空フラスコとして知られているこの発明は、19 世紀の終わりに、研究者の James Dewar 卿が極低温学の研究の過程で偶然このフラスコに出くわしたときから存在しています。デュワーは 2 つの真鍮製のフラスコを互いの内側に配置し、それらを首で結合しました。魔法瓶内の 2 つのフラスコの間に閉じ込められた空気は、除去または排出され、空間内に真空が作成されます。
熱伝達を促進するための空気がなければ、内側のフラスコに入れられた液体は外部条件から隔離され、その温度をより効果的に保持することができます。これは魔法瓶の初歩的なバージョンであり、部分的な真空しか提供しませんでしたが、これは大きなブレークスルーでした.
基本的に、魔法瓶に湯気の立ったスープを入れても、氷水を入れても、内側のフラスコを真空の泡が包み込み、長時間安定した温度を保ちます。市場で最高の魔法瓶は、アイテムを冷たくまたは温かく保つと主張しており、液体が冷やされている場合は最大 10 日間です。魔法瓶の効率は年々確実に改善されていますが、液体は温まる前に冷えるといまだに主張されています。これは熱伝達に直接関係しているという主張です。 .
サーモスの熱伝達
エネルギーは原子や分子の振動運動によって作られ、このエネルギーを伝達することができます。このエネルギーの移動が温度差の結果として発生すると、熱エネルギーと呼ばれます .温度が異なる場合、熱エネルギーは熱い物体から冷たい物体に流れます。
前述のように、魔法瓶は、外部環境と魔法瓶内の液体との間の熱伝達を防止または最小限に抑えることができます。なぜこれが重要なのですか？熱伝達は熱工学と熱力学の重要な部分であり、宇宙全体で発生するからです!熱伝達とは、対流ストーブで水を沸騰させたり、太陽で地球を暖めたり、キャンプファイヤーでマシュマロを暖めたりするなど、物体間で熱エネルギーが伝達される方法です!
魔法びんの中身や外部環境は、真空層によって熱の伝わりが大幅に遅れます。それが熱いスープで満たされている場合、内側のフラスコからの熱エネルギーは、その間の空間でより冷たいガス分子を加熱しようとし、その熱エネルギーを外側のフラスコの壁と外部環境の温度に渡すことができます.温かいスープより冷たい。
しかし、真空空間には気体が存在しないため、熱エネルギーの移動が起こりにくい。同様に、内側のフラスコが氷水で満たされている場合、外側の環境の暖かさがフラスコを温めますが、その熱エネルギーを内側のフラスコの壁に伝達する空気分子がないため、冷たい水は冷たいままです!
では、なぜ魔法瓶は物を冷たく保つのに優れているのでしょうか?
熱伝達に関しては、2 つの物体間の温度差が大きいほど、高温から低温へのエネルギーの移動が速くなります。暑さと寒さに対する私たちの認識も、この質問で考慮すべき重要なことです。室温が約華氏 70 度 (摂氏 21) であると考えてください。水は華氏 32 度 (摂氏 0) で凍り、華氏 212 度 (摂氏 100) で沸騰します。
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したがって、室温と氷で冷やした飲み物の魔法瓶との差は、室温とストーブから離れた温かいスープの魔法瓶との差よりもはるかに小さくなります。現在、魔法瓶は完璧とは言えず、熱は徐々に失われています。たとえば、魔法瓶を開けるたびに、大量の熱伝達が発生します (つまり、コーヒーが冷めたり、水が温まったりします)。ただし、温度差が大きいため、コーヒーと冷たい空気の間でより多くのエネルギーが伝達されます。温度差が小さいため、冷たい水と暖かい空気の間で伝達されるエネルギー量は少なくなります。
これが人間の知覚の出番です。私たちは、水の温度変化よりもコーヒーの温度変化をより意識するようになります。その結果、魔法瓶は物を暖かく保つよりも物を冷たく保つのに優れているという一般的な意見がありますが、伝達される熱エネルギーのパーセンテージで見ると、魔法瓶は温度スペクトルの両端で同等に効率的です.
最後の言葉
魔法瓶が温かさよりも冷たさを保つのに効果的だと思われる理由は、温度変化に対する私たちの認識です。温かい飲み物（コーヒーやスープなど）は室温よりもかなり熱く作られますが、冷たい飲み物は室温にかなり近くなります。熱伝達が発生すると、高温の液体が変化するときの熱エネルギーの違いをより意識するようになります。失望を避ける良い方法は、最初に魔法瓶を開けた直後に、熱エネルギーが動き出す前に魔法瓶の中身を消費することです!
