小小的暖水瓶是怎樣保溫的？其原理利用了多種傳熱手段

小小的暖水瓶是怎樣保溫的？其原理利用了多種傳熱手段

暖水瓶是我們生活中很常見的東西。從大的暖壺到小的暖水杯，它們為我們的生活提供了方便。我們可以用它泡咖啡，沏茶水，泡泡麵，早晨起來洗臉。它還是男生告訴女生“多喝熱水”的重要工具。在寒冷的冬天開啟蓋子，看著瓶口冒出的蒸汽是多麼幸福的事情！那麼讀者朋友們是否知道為什麼暖水瓶有那麼強大的保溫效果？好的暖水瓶為什麼在一天一夜后里面的水還會燙人？暖水瓶可以用來儲存冰塊麼？下面我就為大家詳細介紹一下暖水瓶保溫的秘密。

在我們一般人的印象中，暖水瓶的作用就是“儲存熱量”。如果用準確的說法，他的作用其實是減小換熱，將熱戀損失降到最小。那麼如何做到減少熱量損失呢？這就要從熱量傳遞的三種方式說起。

熱量傳遞的三種方式

在我們的生活中。熱量傳遞有三種基本方式，分別是熱傳導，熱對流和熱輻射。

固體中的傳熱主要以熱傳導為主。熱傳導是由於固體溫度不同而發生的熱量傳遞過程。物體的溫度差越大，傳熱面積越大，熱導率越大，厚度越薄，那麼傳遞的熱量越多。

熱導率是單位溫度梯度、單位面積、單位時間下傳遞熱量的大小。它是反應固體傳遞熱量能力的物理量。熱導率越大，傳熱能力越大。在生活中，銀、銅、鋁、鐵等金屬的熱導率比較大，而軟木，泥土，石棉，泡沫等材料的熱導率比較小。熱導率小的材料可以用來製作保溫層。同樣，由於材料越厚，熱流量越小，也就是保溫效果越好。所以冰箱等有著厚厚的外壁就是這個道理。

對流換熱是由於流動而發生換熱的物理現象。流體掠過固體表面時會把固體的熱量帶著。換熱量

和導熱一樣，面積越大，溫差越大，換熱量就越大。H是對流換熱係數，它越大，換熱量也越大。一般來說，速度越高的流體換熱效果越好。導熱和對流換熱有一個共同點就是需要物質作為媒介，這一點就是保溫杯利用的一個重要原理。

輻射換熱是由於分子熱運動而輻射電磁波的現象。熱輻射和光一樣，本質都是電磁波。一個表面每秒輻射的熱量遵守斯忒藩-玻爾茲曼定律：

輻射換熱的大小與溫度的四次方成正比，與表面積成正比。此外，熱輻射能量的大小還與表面的發射率有關發射率高的材料，輻射出的熱量較多，吸收的熱量也較多。一般來說，金屬的發射率較低，這意味這金屬的輻射熱量和吸收熱量也較低。這也是暖水瓶應用的原理之一。

暖水瓶的結構

暖水瓶是杜瓦瓶的一種。杜瓦瓶是是蘇格蘭物理學家詹姆斯·杜瓦發明的一種保溫裝置。生活中的暖水瓶外殼起到保護，方便拿放，美觀的作用。內部是一個具有量程結構的內膽，通常是由玻璃等材料做成的。內膽的夾層是抽成真空或者接近真空，只含少量空氣的。同時內膽表面會鍍上薄薄的一層銀。瓶口用軟木塞堵上。這就是一般暖水瓶的結構。現在讓我們用剛剛的傳熱知識分析一下。

首先，將內膽夾層抽成真空或者低壓，目的是減少導熱和對流換熱。前面我們說過，導熱和對流換熱是需要介質的，抽成真空了就沒有了傳遞熱量的介質了。在瓶口使用軟木塞是為了降低導熱。我們說過，軟木的熱導率很小，所以熱損失也比較小。我們沒見過哪個暖水瓶是用鐵塊當瓶塞的吧。削弱了熱傳導和熱對流，我們還需要減少輻射換熱，這就是內膽鍍上一層銀的原因。在金屬中，銀的發射率是很小的，這樣在同樣溫度下，鍍銀的表面釋放的熱輻射很小。而且另一個表面也鍍上銀，這樣第二個表面吸收的輻射少，反射的輻射多，從而降低了輻射熱損失。

當然，由於價格不同，杜瓦瓶的具體結構也不同。比如便宜的保溫杯，它的夾層可能不會抽成真空，內壁不會鍍銀，只是使用金屬，瓶塞可能換成塑膠。高階液氮瓶，除了抽真空，甚至還有多個夾層的結構。夾層越多，輻射換熱量就越低，這就好像你在太陽下撐起了遮陽傘，一把還不夠，還打了很多把！雖然具體結構略有不同，但原理是一樣的。都是削弱了傳熱的三種基本傳熱方式。

以上就是暖水瓶的傳熱原理，雖然暖水瓶是我們生活中很常見的東西，但是如果仔細探究起來，還是有很多技術原理的。科學就是這樣，他可以讓我們的生活更加方便。你的支援就是我們創作動力！如果喜歡我們的文章，不要忘記訂閱關注哦！