Хороший термос способен часами удерживать чай горячим или воду холодной, хотя внутри нет ни нагревателя, ни холодильника. Секрет в том, что его конструкция одновременно мешает сразу нескольким путям передачи тепла — теплопроводности, конвекции и тепловому излучению.
Вакуум мешает теплу уходить через стенки
Обычная кружка отдаёт тепло через материал стенок и через окружающий воздух. В термосе между внутренней и внешней оболочками создают область с очень малым количеством газа.
В таком пространстве почти нет частиц, которые могли бы переносить энергию от горячей внутренней стенки к холодной внешней. Поэтому теплопроводность через зазор резко уменьшается.
По той же причине в вакуумном промежутке почти подавлена и конвекция: там недостаточно газа, чтобы возникли заметные потоки тёплого и холодного воздуха.
Излучение вакуум не останавливает
Даже через пустое пространство энергия может передаваться в виде электромагнитного излучения. Нагретая внутренняя колба излучает инфракрасную энергию, и вакуум сам по себе этому не мешает.
Поэтому поверхности вакуумной колбы часто делают блестящими или отражающими. Такой слой уменьшает обмен тепловым излучением между внутренней и внешней стенками.
Именно сочетание вакуума и отражающей поверхности позволяет термосу одновременно бороться с разными механизмами теплопередачи.
Самое слабое место — горлышко и крышка
Полностью изолировать внутреннюю колбу невозможно: у термоса должны быть горлышко и пробка. Через них тепло продолжает уходить за счёт контакта материалов и движения воздуха при открывании.
Поэтому узкое горлышко обычно помогает уменьшить теплопотери, а плотно закрытая крышка важна не меньше, чем сама вакуумная стенка.
Чем чаще термос открывают, тем быстрее его содержимое обменивается теплом с окружающим воздухом.
Термос не создаёт тепло, а только замедляет его потерю
Если налить внутрь уже остывший напиток, термос не сделает его горячее. Он лишь замедлит дальнейшее выравнивание температуры с окружающей средой.
Тот же принцип работает и для холодных напитков: вакуум и отражающий слой мешают теплу из комнаты проникать внутрь.
Поэтому термос одинаково хорошо подходит и для горячего, и для холодного содержимого — он не «сохраняет жар», а просто максимально тормозит теплопередачу.