Суть термоса в том, что у него есть две оболочки, одна из которых контактирует с внешней средой, и она будет иметь температуру внешней среды. А другая находится в контакте с внутренней средой, и у нее будет температура содержимого. Причем это содержимое может быть как сильно холоднее, так и сильно горячее окружающей среды. Чтобы максимально долго сохранить разность вешней и внутренней температур, нужно, чтобы эти две оболочки друг с другом не соприкасались, чтобы не отдавать друг другу тепло. Необходимо чтобы между ними был минимальный контакт, в частности, в области горлышка. Чем меньше площадь соприкосновения внешней и внутренней оболочки в районе горлышка, тем дольше термос сохраняет тепло.

“Чем меньше площадь соприкосновения внешней и внутренней оболочки в районе горлышка, тем дольше термос сохраняет тепло”

Был такой ученый-естествоиспытатель в 19 веке, его звали Джеймс Дьюар, и он изобрел сосуд, теперь названный сосудом Дьюара. Это «отец термоса», он применяется для хранения жидкого азота и гелия. Это такая большая алюминиевая банка с узким горлышком, ее на тележке возят. Принцип такой же: между внутренним и внешним сосудом должен быть минимальный обмен энергией, теплом.

Бывает три типа обмена энергией: теплопроводность, излучение и конвекция. Все три способа мы стараемся исключить, и в этом случае тепло изнутри термоса наружу или наоборот будет передаваться минимально.

“Для более долгого поддержания температуры – металл и стекло, для непродолжительного времени – можно и пластик”

Что такое теплопроводность — это, например, способ передачи тепла через тело без движения его частей, когда, например, мы берем гвоздик и кончик его нагреваем на газовой плите, другой кончик тоже становится очень быстро горячим. Металлы очень сильно теплопроводны. Чтобы минимизировать теплопроводность, делают два сосуда с несоприкасающимися внешней и внутренней оболочками. Материалы термоса могут быть разные. Это очень сильно зависит от того, что мы хотим получить на выходе и какие нам нужны свойства. Для более долгого поддержания температуры – металл и стекло, для непродолжительного времени – можно и пластик. Он держит тепло хуже других материалов. Между металлом и стеклом в походных условиях, вне дома, безопаснее выбирать металл, потому что стекло – слишком хрупкий материал.

Но есть еще то, что находится между двумя колбами термоса — та среда, в которой может происходить теплопроводность. Там может быть воздух, который переносит тепло медленнее, чем металлы. Но если откачать воздух, то переносить тепло будет нечему, соответственно, будет меньше теплопроводность. Чем выше вакуум, чем меньше там есть чего-либо, способного перенести тепло. Но дело в том, что вакуум не бывает абсолютным, никогда - мы всегда сколько-то откачали, сколько-то осталось. Природа не терпит пустоты, поэтому он всегда будет стремиться заполнится этот вакуум чем-то извне. Поэтому сейчас уже часто делают не вакуумные термосы, а закачивают между наружной и внутренней колбами инертный газ с очень маленькой теплопроводностью, чтобы не было пустоты.

Второй аспект – это излучение, простейший способ передачи тепла. Таким образом оно приходит к нам от солнца — вспомните весной под лучами солнышка тепло, в тени холодно. Чтобы не было такой передачи тепла, внутреннюю колбу термоса делают зеркальной, чтобы излучением не передавать тепло наружу.

Кроме всего прочего, если между колбами есть какой-нибудь газ или жидкость, происходит конвекция. Например, как в чае: если вы нальете холодную воду в чай, то чтобы напиток стал однородным по температуре, вы размешиваете его. Но если даже не мешать, постепенно температура сама выровняется, потому что холодные потоки идут вниз, горячие вверх, и горячая и холодная жидкости перемешивается. Такое же движение будет у воздуха, если он внутри между колбами термоса. Опять же, если там есть какой-то газ, то конвективное движение будет, а если газа нет, то его не будет. Если закачать вязкий при нормальных для использования термоса температурах инертный газ типа аргона и ксенона, конвекция там очень маленькая, потому что такие газы очень неповоротливые.

“Откидные крышки – это здорово, если нужно на пару часов выйти погулять”

Важна также и пробка, потому что потеря герметичности сразу наносит удар по сохранению температуры содержимого термоса. Откидные крышки – это здорово, если нужно на пару часов выйти погулять. Но все эти клапаны несут огромную энергопотерю из-за неосновательного уплотнения. В идеале это должна быть плотно прилегающая пробка.

Крышка термоса тоже играет огромную роль. Чем она меньше – тем лучше, так как до 40 процентов тепла уходит через крышку. Такие потери нормальны в случае, например, с термокружками, когда надо сохранить температуру чая или кофе на недолгое время, но плохи для походных вариантов. Крышка должна плотно прилегать к корпусу. Стекло и металл корпуса отражают тепло, не позволяя ему выходить наружу. Крышка не отражает ничего, так как она сделана из другого материала.

“Короткие приземистые термосы держат температуру лучше, чем изящные термосы удлиненной формы”

От формы также зависит, сколько тепла теряет содержимое термоса. Чем ближе форма термоса к шару, тем меньше энергопотеря. Чем больше площадь поверхности фигуры, тем больше теряется тепла. У шара, по сравнению с длинным цилиндром, при одном и том же объеме, площадь поверхности намного меньше. Поэтому короткие приземистые термосы держат температуру лучше, чем изящные термосы удлиненной формы. Однако, стоит отметить, что выигрыш в сохранении тепла возможен только если пробка небольшая, плотная и хорошо отражает тепло.