История возникновения, классификация и правила выбора термоса
Каким бывает термос и как его выбрать?
Такая вещь как термос, по-моему, должна быть у каждого. Применений ему множество как в быту, так и во время активного отдыха. Взять на зимнюю охоту термос с горячим чаем и травами, приготовить полезный отвар шиповника во время холодов, накормить рабочую бригаду на стройке горячим обедом, в жаркий день на пикнике обрадовать всех холодным напитком со льдом, список можно продолжать и дальше, и да — это все про термос.
1. Как все начиналось. История возникновения термоса
История возникновения термоса началась в 1892 году, когда шотландский физик Джеймс Дьюар изобрел сосуд, для хранения различных веществ при различной температуре в течении длительного времени. Этот контейнер трансформировали в колбу с двойными стенками и узким горлышком, чтобы испарение жидкости шло менее интенсивно. Стенки внутренней колбы были покрыты серебряным напылением, а из пространства между ними откачан воздух. Вся эта конструкция была заключена в металлический кожух и презентована публике 20 января 1893 году.
Чуть позднее Рейнгольд Бургер усовершенствовал идею Дьюара, дополнив сосуд металлической колбой и пробкой, запатентовав механизм крепления внутренних частей конструкции.
С 1904 года изобретение стало официально называться «термос» (в переводе — «горячий») и вышло на рынок. Первая компания, начавшая продавать термосы, стала фирма Thermos GmbH, которую основал Бургер. Причем он получил в 1907 патент на изобретение термоса и имени Джеймс Дьюар там не фигурировало вообще. Так вот пишется история — без главных героев...
Что представлял из себя тот термос? Изолированный сосуд, сохраняющий температуру помещенной внутрь жидкости, не давая теплу выходить и, благодаря этому, жидкость длительное время не остывает. Патенты на изготовление подобных емкостей продали в несколько компаний и началось путешествие термосов по всему миру.
В настоящее время правами на владение торговой марки Thermos владеет японская компания Тhermos L.L.C.
Конечно, с момента появления первого прототипа прошло много времени. Конструкция, внешний вид изменились, стали применяться новые материалы и технологии, сфера применения термоса сильно расширилась.
2. Как работает термос
За счет чего происходит теплообмен? Почему бутылка с горячей водой, оставленная на столе, вскоре остынет? Тепло будет уходить от нагретой бутылки следующими путями:
– конвекция. Она может происходить бесконтактным способом. Например, если вы включаете в комнате обогреватель, и он начинает нагревать прохладный воздух в комнате. Теплый воздух, как наименее плотный, поднимается вверх. И в итоге образуется некая тепловая лента нагревания, которая по мере наполнения, вытесняет весь холодный воздух из комнаты. Такое передвижение нагретого воздуха мы и называем конвекцией;
– проводимость. Если мы прикасаемся замерзшими руками к теплой батарее, наши руки постепенно согреваются. То есть этот способ теплообмена работает, когда два объекта соприкасаются;
– излучение. По своей природе оно отличается от конвекции и проводимости. Мы можем почувствовать излучение от горячих объектов даже не касаясь их, так как горячие предметы излучают инфракрасное тепло. Это тепло невидимо, зато ощущается.
Допустим, вы приготовили горячий чай. Если его оставить на столе в течении некоторого времени – он остынет. А почему?
Температура воды в чашке будет чуть ниже 100°C, а температура в комнате около 20°C. Так вот тепло от нагретой воды, согласно законам физики, будет передаваться в окружающую среду. Тут мы видим работу конвекционных процессов. А кроме этого, так как чашка стоит на столе, то часть тепла уйдет в нагрев его поверхности, то есть здесь работает механизм проводимости. Ну и если мы около чашки расположим руки, то будем ощущать тепло от горячего чая. Это идет расход энергии на тепловое излучение. То есть, очевидно, что даже в самом простом примере, показывающем почему остывает горячий чай, мы видим все три физических явлений, образующих теплообмен.
Если мы хотим, чтобы наш напиток как можно дольше оставался горячим, то мы должны свести к минимуму действие этих трех процессов — конвекции, излучения и проводимости. В этом и состоит предназначение термоса — минимизировать контакт содержимого и окружающей среды.
Получается, что конвекция образуется при перемещении тепла воздухом, а стенки термоса изолированы вакуумированной колбой. ТО есть конвекция в термосе исключена. Горячая вода внутри контактирует лишь со стенками колбы, за которой безвоздушное пространство, соответственно, и проводимость сведена к минимуму. А тепловое излучение от нагретой жидкости отражается зеркальной стенкой колбы.
Так же все эти механизмы работают и на сохранение холода, просто в обратную сторону. То есть тепло не может проникнуть внутрь термоса для того, чтобы нагреть находящуюся в нем жидкость.
Конечно полностью избавиться от процессов теплообмена в рамках термоса не получится, да и вакуум в сосуде является техническим и не абсолютным, но для бытовых нужд этого оказывается вполне достаточным.
Кстати, для лабораторных исследований для хранения жидкого азота тоже используют подобия термосов, только их называют исторически справедливо — сосуды Дьюара, в честь изобретателя принципа, положенного в основу функционирования термоса.
3. Почему остывает термос?
Все же жидкость в термосе остывает спустя какое-то время. Скорость остывания напрямую коррелируют с качеством товара. Чем дольше содержимое сохраняет свою изначальную температуру, тем качественнее считается изделие.
Какие пути потери тепла в термосе являются самыми существенными:
– крышка. Более 40% теплопотерь происходит именно через нее. Самая простая полая пробка будет пропускать меньше тепла чем пробка с механизмом для открывания или клапаном. Так же если у термоса широкая горловина и широкая пробка, то так же содержимое будет остывать в нем быстрее чем в термосе с узким горлом и небольшой пробкой. Но надо понимать, что если при конструировании идеального термоса руководствоваться только функционально-оптимальными решениями, то он будет совершенно неудобен в эксплуатации. Поэтому, все современные решения — это именно компромисс между функциональностью и удобством пользования.
– остывание через стенки термоса — это второй путь. Чем качественней и глубже вакуум, тем меньше теплопотерь происходит этим способом. Но процесс вакуумирования довольно сложен технически и дорог, поэтому производители сами решают, какое оптимальное значение остаточного давления внутри термоса им выгоднее, чтобы наиболее рационально для себя решить вопрос оптимизации производства и финансов.
4. Строение термоса
Все термосы имеют сходное строение, отличаясь друг от друга лишь небольшими технологическими решениями исполнения каких-то элементов.
Корпус термоса
– металлический. Хоть он и обладает немалым весом, но отличается высокой прочностью и ударостойкостью. Металлический термос подходит для активного отдыха, так как его корпус хорошо защищает содержимое от повреждения;
- пластиковый, конечно, легче и стоит на порядок дешевле, однако он больше подойдет для стационарных мест, где невысок риск его падения или удара. Между стенкой корпуса и колбой производители укладывают дополнительный слой теплоизоляции.
Колба термоса
Этот элемент является ключевым «хранителем» тепла. Для того, чтобы свести к минимуму явления теплопроводности и исключить потери тепла, стенки колбы сделаны двойными. Между этими стенками создан вакуум, что практически исключает обмен тепла между содержимым и окружающей средой. Колбы могут изготавливаться из следующих материалов:
– металл. Это самый частый вариант материала для изготовления колбы. В производстве используют пищевую нержавеющую сталь. Она прочная, стойкая к ударам, а гладкая, до блеска отполированная поверхность не впитывает запахи и является инертной по отношению к многим жидкостям.
– пластмасса. Она легкая и это, пожалуй, главный и единственный плюс этого материала. А так, она может получить повреждения при ударе, а кроме этого пластмасса впитывает запахи от хранимых продуктов. Поэтому использовать такой термос, если вы хотите наливать в него разные напитки, не стоит — чай приобретет аромат кофе.
– стекло. Раньше такие колбы, имеющие зеркальное напыление стояли во всех термосах. Чаще всего заполняли пространство между стенками твердыми изоляторами — обычно пенопластом. К плюсам можно отнести легкий уход, хорошие теплоизоляционные свойства и стойкость к поглощению запахов продуктов. Однако, сейчас, такие колбы практически не используются из-за хрупкости материала — малейшее падение приводит к разрушению колбы.
– пробка и крышка, которые служат для закрытия горловины термоса. Обычно внутри крышки располагается воздушная прослойка или любой пористый материал, обеспечивающую хорошую термоизоляцию. Наверное, именно в механизмах крышки больше всего вариантов различия термосов между собой. Но нужно понимать, что чем проще крышка и чем меньше в ней отверстий, то больше тепла она сохраняет. А «замороченные» варианты со всевозможными клапанами и помпами хранят тепло хуже.
5. Какие бывают термосы по назначению
В настоящее время в зависимости от предназначения термосы можно разделить на 4 большие группы. Главное их различие будет лежать в основе спецификации, то есть их отличительными характеристиками будет объем и строение горловины изделия.
Термос для еды
Они характеризуются самой широкой горловиной, которая чаще всего не сужается, а равна диаметру пробки. Основное предназначение таких термосов — хранение еды. Они могут быть представлены в различных объемах — от 0,5 до 2-х литров. В пищевых термосах можно хранить и первые и вторые блюда, а благодаря широкой горловине вынимать еду будет несложно. Единственное, большая пробка и большой диаметр горлышка способствуют большим потерям тепла.
Чаще всего термосы для еды используются в быту или автотуризме, так как для пешего туризма они довольно громоздки. Интересным вариантом является судковый термос. Внутри него помещаются несколько отдельных контейнеров, в которые можно уместить полноценный обед — и первое, и второе, и компот. Все контейнеры закрываются, в сбоку на корпусе часто крепится ложка. Но, конечно, этот вариант термоса подходит для бытового использования или коротких выходов на природу, очень уж они тяжелые и массивные.
Термос для напитков
Это самые распространенные термосы, и они предназначаются для хранения напитков. Они характеризуются вытянутой, эргономичной формой, которая легко помещается в рюкзак, узкой горловиной и небольшой пробкой — за счет чего хорошо сохраняют тепло или холод напитка. Термосы для напитков представлены в совершенно различных размерах — от 0,3 литра и больше, в зависимости от потребностей. В качестве пробки в термосе для напитков используется крышка с клапаном. Поэтому, чтобы налить чай, вам не нужно открывать крышку, выпуская теплый воздух из термоса, а всего лишь нажать кнопку клапана. Удобно то, что крышка термоса является чашкой.
Универсальные термосы
Это класс термосов, которые могут использоваться и для напитков, и для горячих блюд. Он обладает более широкой конструкцией чем питьевой термос, но не такой массивной как термосы для еды. Внутреннюю крышку можно откручивать, открывая широкую горловину, а можно нажимая только клапан в ней, использовать для того, чтобы налить напиток. Внешняя крышка используется как чашка. Часто такие термосы оснащены складывающимися ручками для удобства использования
Термостаканы
Это компактный вид термоса с небольшим объемом (0,2 −0,5 литра), широкой горловиной и узкой колбой. Обычно такая вариация термосов используется в тех случаях, когда необходим небольшой объем напитка. Их используют в автомобиле, при движении на велосипеде и даже на пешем маршруте при движении с рюкзаком. Для этого есть модели, крышка которых легко открывается одной рукой.
6. Как выбрать нужный объем термоса
Почему важно заранее рассчитать объем термоса, который вам понадобится в той или иной ситуации? Если взять небольшой термос, то его объема может вам не хватить, а если, наоборот, слишком большой, то, во-первых, он будет слишком громоздким — незачем нести лишний вес, а, во-вторых, чем больше свободного пространства остается в термосе, тем быстрее он остывает.
Оптимальный размер питьевого термоса рассчитывается исходя из соотношения:
на одного человека примерно 0,75 литра. Для двоих людей идеально, если объем термоса составляет примерно 1,5 литра. Но, конечно, это ориентировочные размеры, ведь подбирается все индивидуально, исходя из вашего питьевого режима, типа активности, погодных условий и т.д.
7. Как долго термос сохраняет тепло
Для того, чтобы определить насколько термос хорошо держит тепло, производители термосов проводят испытания своих изделий и по их итогу термос приобретает характеристики теплоизоляционных свойств.
В начале эксперимента термос нагревается, а температура напитка, который в него заливают, составляет примерно 95°С. Затем измеряют температуру спустя 6 часов и фиксируют ее. Следующий контрольный замер происходит через 12 часов. Для термосов высокого качества информативным является даже срок замера в 24 часа. Размеры полученных значений и являются показателям того, как хорошо термос держит тепло. Например, такие показатели являются очень хорошими для питьевого термоса со стальной колбой и объемом около 1 литра.
0 часов — 95°С
Через 6 часов — 80°С
Через 12 часов — 70°С
Через 24 часа — 60°С
Конечно, в реальной жизни время сохранения тепла будет зависеть от множества факторов — температура окружающей среды, степени наполненности термоса, плотность жидкости или еды, которая находится внутри.
Но в целом, если вы берете термос известного производителя, то без горячего чая в течении 12 часов, а то и суток, вы не останетесь.
Кстати, иногда можно на упаковке с термосом увидеть надпись о том, что он предназначен для холодных напитков. Пусть вас это не смущает, он отлично сохранит тепло горячего чая, а эта надпись означает лишь то, что в комплекте с термосом не идет крышечка-стаканчик, которая не обожжет ваши губы во время питья. Это просто некий маркетинговый ход, чтобы обезопасить себя от судебных исков, видимо, были прецеденты.
Что касается сохранения тепла в термостаканах, то не стоит ожидать от них таких же показателей времени, как и у питьевых термосов. Термостакан сохранит температуру вашего напитка лишь на несколько часов.
8. На что обратить внимание, покупая термос
Здесь дадим вам несколько советов, на какие нюансы стоит обратить внимание при выборе термоса в магазине.
– откройте термос и посмотрите на состояние внутренней колбы, поверхность металла должна быть идеально отполирована и блестеть;
– внутри не должно быть никаких посторонних и неприятных запахов;
– очень удобно, когда на термосе есть возможность прикрепить стропу, на корпусе есть пластиковые элементы, или есть ручки, для того, чтобы более удобно было держать его;
– наличие полноценной крышки с теплоизоляционным слоем позволит сэкономить на кружке в походе;
– для некоторых моделей термосов есть чехлы, это убережет корпус от царапин;
– обратите внимание на механизм клапана или крышки. Оцените возможность промыть его после использования для хранения, например, заваренного чая, когда листочки заварки могут застрять внутри сложного механизма;
– кроме этого, если в крышке термоса будет возможность налить содержимое, не открывая ее полностью, то это увеличит срок сохранения высокой температуры напитка;
– потрясите термос, плотно закрутив крышку. Качественное изделие не должно издавать никаких звуков и дребезжания;
– обратите внимание на наличие уплотнительных колец по радиусу крышки;
– купив термос вы можете его проверить дома следующим образом — налив кипяток, через несколько минут потрогайте стенки термоса. Если они стали теплыми, то изделие лучше сразу вернуть, очевидно, что нарушен технологический процесс изготовления и тепло уходит из него, минуя все барьеры. Термос с горячей водой должен оставаться температуры окружающей среды.
9. Эксплуатация термоса и советы по уходу
– чтобы напиток или еда, которую вы храните в термосе длительное время оставались холодными, предварительно как следует прогрейте колбу — налейте горячую воду, например. Таким образом вы снизите ненужные теплопотери содержимого, возникшие при контакте с холодными стенками.
– не оставляйте большое незаполненное пространство внутри термоса, так содержимое быстрее остынет;
– но и не наливайте горячий напиток прямо под горлышко, оставьте обязательно зазор в пару сантиметров — так внутри останется прослойка воздуха и содержимое не будет контактировать с крышкой термоса, отдавая тепло;
– нельзя чистить термос изнутри абразивными средствами, они могут поцарапать отполированную поверхность колбы;
– избавится от неприятных запахов поможет разведенный водой уксус (1:2) и залитый на ночь. Уплотнительное кольцо тоже должно быть покрыто этим раствором. С утра тщательно промойте термос.
Итак, мы рассмотрели все варианты термосов, используемые в активном отдыхе. Сейчас уровень и технологии производства этих изделий в целом находятся на высоком уровне, поэтому, заведомо приобретая термос у известных и проверенных компаний, мы можем, доверяя качеству, выбирать товар по подходящим нам параметрам — назначению, объему, дизайну.
Горячего вам кофе холодным днем!
Ваша Адвентурика!
