Термос и теплоизоляция в быту
⚡ Физика · 8 класс
Зачем нужна теплоизоляция
Теплоизоляция — это способы уменьшить теплопередачу между телом и окружающей средой. Чтобы горячий чай оставался горячим, а мороженое — холодным, нужно перекрыть все три пути передачи теплоты: теплопроводность, конвекцию и излучение. Устройство, которое делает это особенно хорошо, — термос.
Как устроен термос
Термос — это сосуд с двойными стенками. Между стенками выкачан воздух, а сами стенки покрыты блестящим зеркальным слоем. Каждый элемент конструкции борется со своим видом теплопередачи.
| Вид теплопередачи | Как с ним борется термос |
|---|---|
| Теплопроводность | вакуум между стенками не проводит теплоту |
| Конвекция | в вакууме нет воздуха, потоки невозможны |
| Излучение | зеркальный слой отражает тепловые лучи обратно |
Пробка термоса делается из материала с малой теплопроводностью — пластика или пробкового дерева, ведь сверху сосуд открыт и через пробку могла бы уходить теплота.
Теплоизоляторы в быту
Хорошими изоляторами служат вещества, в которых много неподвижного воздуха: воздух плохо проводит теплоту, а если он не движется, то нет и конвекции.
- Пуховик и шерсть — удерживают воздух между волокнами.
- Двойные оконные стёкла — прослойка воздуха между ними.
- Пенопласт и минеральная вата — для стен домов.
- Снег — рыхлый снег спасает озимые от вымерзания.
Схема рассуждения о выборе материала:
много пор с воздухом -> малая теплопроводность -> хорошая изоляция
Правило: чтобы сохранить тепло, нужно перекрыть все три вида теплопередачи. Если перекрыть только один, тепло всё равно уйдёт другими путями. Именно поэтому в термосе используют сразу и вакуум, и зеркальное покрытие.
Почему воздух — хороший изолятор
Воздух плохо проводит теплоту: его теплопроводность во много раз меньше, чем у дерева, и тем более чем у металла. Но если воздух может свободно двигаться, он начинает переносить теплоту конвекцией — тёплые слои поднимаются, холодные опускаются. Поэтому важно не просто окружить тело воздухом, а сделать так, чтобы воздух был неподвижным, разбитым на мелкие ячейки.
Именно так устроены пуховик, шерстяной свитер и пенопласт: внутри много маленьких пузырьков или промежутков с запертым воздухом. Двигаться ему некуда, конвекции нет, а сама теплопроводность воздуха мала.
| Материал | Теплопроводность | Изоляция |
|---|---|---|
| Металл | очень большая | плохая |
| Дерево | средняя | средняя |
| Воздух (неподвижный) | малая | хорошая |
Где это важно
Теплоизоляцию применяют не только чтобы сохранить тепло, но и чтобы не пустить его внутрь. Стены домов утепляют, чтобы зимой не уходило тепло, а летом не входила жара. Холодильные камеры обкладывают пенопластом, чтобы тепло не проникало к продуктам. Одежда полярников и космические скафандры тоже строятся по принципу многослойной теплоизоляции.
Частые ошибки
Многие думают, что термос «греет» содержимое. На самом деле он лишь замедляет обмен теплотой: холодное он держит холодным, горячее — горячим. Сам термос не источник энергии.
Кратко о главном
- Теплоизоляция уменьшает теплопередачу всех трёх видов.
- В термосе вакуум перекрывает теплопроводность и конвекцию, зеркало — излучение.
- Лучшие изоляторы содержат неподвижный воздух: пух, шерсть, пенопласт.
- Термос не нагревает и не охлаждает, а только замедляет обмен теплотой.