Các bạn thường mang gì trong bình nước mang đến trường? Sau khi đổ mồ hôi trong giờ thể dục, thật tuyệt khi được uống nước lạnh. Vào những ngày lạnh, nhiều người thường uống trà nóng từ bình nước để sưởi ấm cơ thể.

Như vậy, bình giữ nhiệt có thể giữ nhiệt độ bên trong lạnh/ấm trong thời gian dài được gọi là "bình ma thuật". Tuy nhiên, việc nhiệt độ đồ uống không thay đổi không phải là ma thuật.

Vậy tại sao nhiệt độ không thay đổi? Tủ lạnh và điều hòa không khí có cơ chế sử dụng điện để làm lạnh hoặc làm ấm, nhưng bình giữ nhiệt dường như không có cơ chế phức tạp như vậy. Vì vậy, lần này chúng ta hãy tìm hiểu cơ chế "giữ lạnh" và "giữ ấm" của bình giữ nhiệt giúp duy trì nhiệt độ của đồ uống. ^※1。

"Dẫn nhiệt" (dẫn nhiệt) là sự truyền nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp, thông qua các vật chất tiếp xúc với nhau. Khi đun nóng nồi nước trên bếp gas, nhiệt được truyền từ lửa bếp đến đáy nồi, từ đáy nồi đến nước, làm cho nhiệt độ nước tăng lên. Ngoài ra, tay cầm của nồi nóng lên và đá trong nước tan chảy làm nhiệt độ nước giảm cũng là do sự dẫn nhiệt. Độ dẫn nhiệt là thước đo mức độ dẫn nhiệt của vật chất.

Khi có sự chênh lệch nhiệt độ, chất lỏng và khí nóng sẽ di chuyển lên trên, còn chất lỏng và khí lạnh sẽ di chuyển xuống dưới. Sự di chuyển nhiệt theo dòng chảy này được gọi là "đối lưu". Nước nóng ở đáy nồi sẽ di chuyển lên trên, còn nước lạnh sẽ di chuyển xuống dưới, làm cho nhiệt độ của toàn bộ nước trong nồi tăng lên. Máy điều hòa không khí làm mát hoặc sưởi ấm không khí, tạo ra sự đối lưu, giúp nhiệt độ trong phòng trở nên thoải mái.

Nhiệt của vật thể được phát ra dưới dạng "sóng điện từ" và truyền nhiệt đến những nơi xa được gọi là "phóng xạ" (phóng xạ nhiệt, bức xạ). Khi bạn đưa tay gần bếp gas đang đun nồi, bạn sẽ cảm thấy ấm áp, đó là do hiện tượng phóng xạ. Trái đất cách mặt trời khoảng 149,6 triệu km vẫn ấm áp là do sóng điện từ phát ra từ mặt trời làm ấm mặt đất, và nhiệt đó làm ấm không khí.

"Thủ phạm" làm cho vật thể nóng lên hoặc lạnh đi là sự truyền nhiệt. Điều đó có nghĩa là, nếu giảm sự truyền nhiệt, chúng ta có thể giữ lạnh/giữ ấm đồ uống. Vậy bình giữ nhiệt làm thế nào để hạn chế sự truyền nhiệt?

Đầu tiên, là phương pháp giảm sự dẫn nhiệt. Chất lỏng sẽ đi vào và ra khỏi bình giữ nhiệt qua thành và đáy bình, vì vậy có thể giảm sự dẫn nhiệt bằng cách cải tiến vật liệu của bình giữ nhiệt. Hầu hết các bình giữ nhiệt mà mọi người đang sử dụng được làm bằng kim loại "thép không gỉ" (inox). ^※2 Một trong những lý do là tính dẫn nhiệt. Tính dẫn nhiệt của thép không gỉ rất thấp, khoảng 1/26 đến 1/16 so với bạc, 1/23 đến 1/14 so với đồng, và 1/12 đến 1/8 so với nhôm. ¹⁾。

Tiếp theo là phương pháp có thể giảm thiểu không chỉ sự dẫn nhiệt mà cả sự đối lưu. Đó là cấu trúc. Hình 2 Đây là "mặt cắt" của bình giữ nhiệt bằng thép không gỉ được cắt dọc làm đôi. Có thể thấy rằng thành và đáy bình có hai lớp. Như vậy, bình giữ nhiệt có cấu trúc hai lớp gồm bình bên trong (bình trong) và bình bên ngoài (bình ngoài). ^{2) ~ 4)}. Và giữa bình bên trong và bình bên ngoài có một khe hở.

Thực ra, khoảng trống nhỏ này rất quan trọng đối với việc giữ lạnh/giữ ấm. Khoảng trống giữa bình bên trong và bình bên ngoài gần như là trạng thái "chân không" không có vật chất. Dẫn nhiệt và đối lưu là sự truyền nhiệt qua các chất tiếp xúc với nhau, vì vậy nếu tạo ra một không gian chân không không chứa chất truyền nhiệt, thì có thể loại bỏ dẫn nhiệt và đối lưu (Hình 3). Cấu trúc kép có thể hạn chế dẫn nhiệt và đối lưu bằng cách tạo ra không gian chân không như vậy được gọi là "cấu trúc cách nhiệt chân không", và bình giữ nhiệt có cấu trúc như vậy đôi khi được gọi là "bình cách nhiệt chân không".

Phương pháp thứ ba để giảm sự truyền nhiệt là ngăn chặn sự bức xạ. Bạn có thể thấy điều này khi nhìn vào bên trong bình giữ nhiệt. Khi uống hết nước trong bình hoặc rửa bình, bạn có nhận thấy thành bình trơn và sáng bóng không?

Nhiều bình giữ nhiệt được bọc một lớp kim loại mỏng bên trong hoặc được đánh bóng như gương ở thành và đáy bình. Do đó, khi nhìn vào bên trong, bình trông rất sáng bóng. Nhiệt được hấp thụ bởi thành và đáy bình sẽ làm giảm nhiệt độ bên trong bình, nhưng khi thành và đáy bình được đánh bóng như vậy, nhiệt muốn thoát ra ngoài sẽ bị phản xạ lại, do đó có thể ngăn chặn sự bức xạ (Hình 4).

Công nghệ "cách nhiệt chân không" giúp giữ lạnh/giữ ấm bằng cách tạo chân không giữa lớp trong và lớp ngoài của thành và đáy, không chỉ được sử dụng trong bình giữ nước mà còn có thể tìm thấy ở nhiều nơi khác (Hình 5). Ví dụ, công nghệ cách nhiệt chân không được sử dụng để tăng hiệu suất giữ lạnh của tủ lạnh và máy bán hàng tự động, giữ nước nóng trong bồn tắm không bị nguội, hoặc vận chuyển thực phẩm tươi sống trong container mà vẫn giữ được độ lạnh.

Hơn nữa, công nghệ cách nhiệt chân không có rất nhiều ứng dụng, bao gồm kính cửa sổ giúp giữ nhiệt độ phòng ở mức dễ chịu, hộp làm mát để vận chuyển vắc-xin và các thùng chứa để mang các mẫu thí nghiệm từ Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) ^5)-7). Việc biết rằng công nghệ chai nước cũng đang được sử dụng trong phát triển không gian khiến chúng ta cảm thấy không gian gần gũi hơn một chút.

Nếu tìm hiểu kỹ, bạn có thể phát hiện ra những ứng dụng bất ngờ ở những nơi không ngờ tới. Hãy thử tìm hiểu về công nghệ cách nhiệt chân không nhé.