Termos - Vacuum flask - Wikipedia

Bu makale için ek alıntılara ihtiyaç var doğrulama. Lütfen yardım et bu makaleyi geliştir tarafından güvenilir kaynaklara alıntılar eklemek. Kaynaksız materyale itiraz edilebilir ve kaldırılabilir. Kaynakları bulun: "Termos"  – Haberler  · gazeteler  · kitabın  · akademisyen  · JSTOR (Kasım 2011) (Bu şablon mesajını nasıl ve ne zaman kaldıracağınızı öğrenin)

Tipik bir tasarım Termos markası vakum şişesi, gibi sıvıların sıcaklığını korumak için kullanılır Kahve.

Laboratuvar Dewar şişesi, Deutsches Museum, Münih

Vakum şişesinin diyagramı

Bir kriyojenik depolama dewar nın-nin sıvı nitrojen, bir tedarik etmek için kullanılır kriyojenik dondurucu

Bir termos (olarak da bilinir Dewar şişesi, Dewar şişesi veya termos) bir yalıtım içeriğinin şişenin çevresinden daha sıcak veya daha soğuk kaldığı süreyi büyük ölçüde uzatan depolama kabı. Tarafından icat edildi Efendim James Dewar 1892'de vakum şişesi iki şişeler, biri diğerinin içine yerleştirilmiş ve boyuna bağlanmıştır. İki şişe arasındaki boşluk kısmen havadan boşaltılır ve neredeysevakum ısı transferini önemli ölçüde azaltan iletim veya konveksiyon.

Vakumlu şişeler evde tutmak için kullanılır içecekler uzun süre sıcak veya soğuk ve endüstride birçok amaç için.

Tarih

Gustav Robert Paalen, Çift Duvarlı Gemi. Patent 27 Haziran 1908, 13 Temmuz 1909'da yayınlandı

Vakum şişesi İskoç bilim adamı tarafından tasarlanmış ve icat edilmiştir. Efendim James Dewar 1892'de alanında yaptığı araştırmalar sonucunda kriyojenik ve bazen onun şerefine bir Dewar şişesi denir. Deneyler yaparken özısı elementin paladyum Dewar, paladyumu istenen sıcaklıkta tutmak için başka bir odaya yerleştirdiği pirinç bir oda yaptı.^[1] İçeriğin sıcaklığını sabit tutmak için kısmi bir vakum yaratarak iki oda arasındaki havayı tahliye etti. Bu yalıtımlı kaba ihtiyaç duyulduğunda James Dewar, kimyasal deneyler için önemli bir araç haline gelen ve aynı zamanda ortak bir ev eşyası haline gelen vakumlu şişeyi yarattı. Şişe daha sonra yeni malzemeler kullanılarak geliştirildi. bardak ve alüminyum; ancak Dewar icadının patentini almayı reddetti.^[1]

İki Alman cam üfleyici Reinhold Burger ve Albert Aschenbrenner'ın soğuk içecekleri soğuk ve ılık içecekleri sıcak tutmak için kullanılabileceğini keşfettiklerinde Dewar'ın tasarımı hızla ticari bir ürüne dönüştü ve her gün için uygun olan daha sağlam bir şişe tasarımı icat etti. kullanın.^[2][3] Dewar şişesi tasarımının hiçbir zaman patenti alınmamıştı, ancak ürünün ticari kullanımını keşfeden Alman erkekler bunu adlandırdı. Termos ve daha sonra hem ticari ürün hem de ticari marka haklarını talep etti. Buluşun haklarını talep etme girişiminde, Dewar bunun yerine şirkete açılan bir davayı kaybetti.^[4] Termos şişesinin üretimi ve performansı, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Termos Şişe Şirketleri aracılığıyla patentini aldığı ve yaygın olarak dağıttığı ev içi kullanım için çeşitli tipler tasarlayan Viyanalı mucit ve tüccar Gustav Robert Paalen tarafından önemli ölçüde iyileştirildi ve rafine edildi. İlgili ulusal pazarlar için lisans satın alan Kanada ve Birleşik Krallık. American Thermos Bottle Company, Norwich, CT'de bir seri üretim gerçekleştirdi, bu da fiyatları düşürdü ve ürünün evde kullanım için geniş bir şekilde dağıtımını sağladı.^[2] Zamanla şirket, öncelikle taşıma için kullanılan bu tüketici ürünlerinin boyutunu, biçimlerini ve malzemelerini genişletti. Kahve hareket halindeyken ve kamp gezilerinde onları sıcak veya soğuk tutmak için sıvı taşırken. Sonunda diğer üreticiler tüketici kullanımı için benzer ürünler üretti.

İsim daha sonra bir jenerik marka "termos" teriminden sonra sıvılar için bu tür vakum yalıtımlı bir kap için ev adı haline geldi.^[2] Termos birçok farklı türde bilimsel deney için kullanılmaya devam etti ve ticari "Termos" ortak bir ürüne dönüştürüldü. Termos kalır tescilli marka bazı ülkelerde, ancak genel olarak vakumlu şişelerle eşanlamlı hale geldiğinden, 1963'te Amerika Birleşik Devletleri'nde mahkeme kararıyla jenerik bir ticari marka ilan edildi. Bununla birlikte, başka vakumlu şişeler de var.

Tasarım

Termos, biri diğerinin içine yerleştirilmiş ve boyunda birleştirilen iki kaptan oluşur. İki gemi arasındaki boşluk kısmen havadan boşaltılır ve kısmenvakum ısıyı azaltan iletim veya konveksiyon. Tarafından ısı transferi termal radyasyon küçültülebilir gümüşleme boşluğa bakan balon yüzeyleri, ancak şişenin içeriği veya çevresi çok sıcaksa sorunlu hale gelebilir; bu nedenle vakumlu şişeler genellikle içeriği suyun kaynama noktasının altında tutar. Isı transferinin çoğu, vakumun olmadığı şişenin boyun ve ağzından meydana gelir. Vakumlu şişeler genellikle metal, borosilikat cam, köpük veya plastik ve açılışlarını yap tıpalı ile mantar veya polietilen plastik. Vakumlu şişeler genellikle şu şekilde kullanılır: yalıtımlı nakliye konteynerleri.

Son derece büyük veya uzun vakumlu şişeler bazen iç şişeyi tek başına boyundan tam olarak destekleyemez, bu nedenle ek destek sağlanır ara parçalar iç ve dış kabuk arasında. Bu aralayıcılar bir termal köprü görevi görür ve aralayıcının iç yüzeyle temas ettiği alan etrafındaki şişenin yalıtım özelliklerini kısmen azaltır.

Gibi çeşitli teknolojik uygulamalar NMR ve MR makineler, çift vakumlu şişelerin kullanımına güvenin. Bu şişelerin iki vakum bölümü vardır. İç şişe sıvı içerir helyum ve dış şişe, aralarında bir vakum bölümü olmak üzere sıvı nitrojen içerir. Değerli helyum kaybı bu şekilde sınırlandırılır.

Vakum şişesine yapılan diğer iyileştirmeler şunları içerir: buhar soğutmalı radyasyon kalkanı ve buharla soğutulan boyun,^[5] her ikisi de şişeden buharlaşmayı azaltmaya yardımcı olur.

Araştırma ve endüstri

Laboratuvarlarda ve endüstride, vakumlu şişeler genellikle ani dondurma, numune hazırlama ve aşırı düşük sıcaklığın muhafaza edilmesinin istendiği diğer işlemler için sıvılaştırılmış gazları (genellikle LN2) tutmak için kullanılır. Daha büyük vakumlu şişeler, ortam sıcaklığının çok altında gaz haline gelen sıvıları depolar. oksijen ve azot; bu durumda şişenin aşırı soğuk iç kısmına ısı sızması, sıvının yavaş bir şekilde kaynamasına neden olur, böylece dar bir durdurulmamış açıklık veya bir kapakla korunan tıpalı bir açıklık Basınç tahliye valfi önlemek için gereklidir basınç şişeyi oluşturmaktan ve sonunda parçalamaktan. Vakumlu şişenin yalıtımı, çok yavaş bir "kaynama" ile sonuçlanır ve böylece içerikler, uzun süre sıvı kalmaz. soğutma ekipman.

Vakum şişeleri barındırmak için kullanıldı standart hücreler ve fırınlanmış Zener diyotları elektrik standartları olarak kullanılan hassas voltaj düzenleyici cihazlarda baskılı devre kartları ile birlikte. Şişe, Zener sıcaklığının uzun bir süre boyunca kontrol edilmesine yardımcı oldu ve sıcaklık dalgalanması nedeniyle Zener standardının çıkış voltajındaki değişimleri milyonda birkaç parçaya düşürmek için kullanıldı.

Dikkate değer bir kullanım, Kanada'dan Guildline Instruments tarafından, bir elektrik voltaj standardı olan Transvolt model 9154B, doymuş standart hücrede yapıldı. Burada gümüşlenmiş bir vakum şişesi köpük yalıtımı ile kaplandı ve büyük bir cam vakum tıpası kullanılarak doymuş hücre tutuldu. Cihazın çıkışı 1.018 volt idi ve milyonda birkaç parça içinde tutuldu.

Vakum şişesinin prensibi, belirli roket yakıtı türlerini depolamak için idealdir ve NASA 1960'larda ve 1970'lerde Satürn fırlatma araçlarının itici tanklarında yaygın olarak kullandı.^[6]

Dewar şişesinin tasarımı ve şekli, bir model olarak kullanılmıştır. optik Aralarında boşluk olan iki bölmenin şeklinin ışığın göze çarpma şekline benzer olduğu fikrine dayanan deneyler.^[7] Vakum şişesi, tutarlı bir sıcaklıkta tutmak için onu farklı kimyasalların kondansatörü olarak kullanan deneylerin bir parçası olmuştur.^[8]

Endüstriyel Dewar şişesi, tıbbi gönderileri pasif olarak izole etmek için kullanılan bir cihazın temelidir.^[9][10] Aşıların çoğu ısıya duyarlıdır^[11][12] ve gerektirir soğuk zincir onları sabit, donma sıcaklıklarının yakınında tutmak için sistem. Arktek cihazı, aşıları 10'un altında tutmak için sekiz bir litrelik buz bloğu kullanıyor ° C.^[13]

Emniyet

Vakumlu şişeler risk altındadır patlama tehlike ve özellikle vakum altındaki cam kaplar beklenmedik bir şekilde parçalanabilir. Çentikler, çizikler veya çatlaklar, özellikle kap sıcaklığı hızla değiştiğinde (sıcak veya soğuk sıvı eklendiğinde) tehlikeli gemi arızası için bir başlangıç ​​noktası olabilir. Dewar termosunun kullanımdan önce temperlenerek uygun şekilde hazırlanması, ünitenin işleyişini sürdürmek ve optimize etmek için tavsiye edilir. Cam vakumlu şişeler, elleçlemeye yardımcı olmak, fiziksel hasardan korumak ve kırılmaları halinde parçalar içermek için genellikle ağ, alüminyum veya plastik içinde veya kaplanmış silindir ile metal bir tabana yerleştirilir.^{[kaynak belirtilmeli ]}

Ek olarak, kriyojenik depolama debrileri genellikle basınçlıdır ve eğer basınç tahliye vanaları kullanılmaz.

Termodinamik

Bu bölüm çoğu okuyucunun anlayamayacağı kadar teknik olabilir. Lütfen geliştirmeye yardım et -e uzman olmayanlar için anlaşılır hale getirinteknik detayları kaldırmadan. (Şubat 2017) (Bu şablon mesajını nasıl ve ne zaman kaldıracağınızı öğrenin)

Vakum şişesinden ısı (enerji) kaybı oranı, saniyeden başlayarak termodinamik olarak analiz edilebilir. T dS ilişki:^[14]

${ displaystyle { begin {align} T , dS & = dH-V , dP T _ { text {surr}} , Delta S & = mc _ { mathrm {p}} , delta TV , dp end {hizalı}}}$

Süreç boyunca sabit basınç varsayarsak,

${ displaystyle T _ { text {surr}} Delta S = c _ { mathrm {p}} sol (T _ { mathrm {b} '} -T _ { mathrm {c}} sağ)}$

Denklemin termosun iç duvarının dış yüzeyinin sıcaklığı cinsinden yeniden düzenlenmesi,

${ displaystyle T _ { mathrm {b} '} = T _ { mathrm {c}} + { frac {T _ { text {surr}} Delta S} {c _ { mathrm {p}}}}}$

Nerede

• T_{teslim olmak} çevreleyen havanın sıcaklığıdır
• ΔS spesifik değişiklik entropi paslanmaz çelikten
• c_p özel mi ısı kapasitesi paslanmaz çelikten
• T_c balonun içinde bulunan sıvının sıcaklığıdır
• T_{b ′} termosun iç duvarının dış yüzeyinin sıcaklığıdır

Şimdi radyasyona bağlı ısı kaybının genel ifadesini düşünün:

${ displaystyle Q '_ {0} = A varepsilon sigma sol (T ^ {4} -T_ {0} ^ {4} sağ)}$

Termos durumunda,

${ displaystyle Q '_ {0} = A _ { text {in}} varepsilon _ { text {ss}} sigma left (T _ { mathrm {b}'} ^ {4} -T _ { metin {surr}} ^ {4} right)}$

Daha önceki ifademizi yerine koyuyoruz T_{b ′},

${ displaystyle Q '_ {0} = A _ { text {in}} varepsilon _ { text {ss}} sigma left ( sol (T_ {c} + { frac {T _ { text { surr}} Delta S} {c_ {p}}} sağ) ^ {4} -T _ { text {surr}} ^ {4} sağ)}$

Nerede

• Q′₀ şişenin vakum kısmı boyunca radyasyonla ısı transfer hızıdır
• Bir_içinde şişenin iç duvarının dış yüzey alanıdır
• ε_ss ... yayma paslanmaz çelikten
• σ ... Stefan – Boltzmann sabiti

Radyasyona bağlı ısı kaybını en aza indirmek için iç cidarın dış yüzeyi ve termosun dış cidarının iç yüzeyinin cilalı gümüş ile kaplandığını varsayarsak, dış cidarın iç yüzeyinin ısıyı absorbe etme oranını söyleyebiliriz. duvar, cilalı gümüşün emiciliğine, iç duvarın dış yüzeyinden yayılan ısının çarpımına eşittir,

${ displaystyle alpha Q '_ {0} = Q' _ { text {in}}}$

Enerji dengesinin sağlanabilmesi için dış duvarın dış yüzeyinden kaybedilen ısının, dış duvarın iç yüzeyinin emdiği ısıya eşit olması,

${ displaystyle Q '_ { text {in}} = Q' _ { text {out}}}$

Parlatılmış gümüşün emiciliği, yayıcılığı ile aynı olduğundan, yazabiliriz

${ displaystyle Q '_ { text {out}} = varepsilon _ { text {ss}} Q' _ {0}}$

Ayrıca, malzemenin içinde vakumun bulunmadığı durumlarda (yaygın bir plastik olan polipropilenden yapıldığı varsayılarak) termosun kapağından ısı kaybı oranını da dikkate almalıyız. Bu alanda, iletim, konveksiyon ve radyasyonun üç ısı transfer modu mevcuttur. Bu nedenle kapaktan ısı kaybı oranı,

${ displaystyle { begin {align} Q '_ { text {lid}} & = Q' _ { text {koşul}} + Q '_ { text {dönüşüm}} + Q' _ { text { rad}} & = kA _ { text {lid}} left ({ frac {T _ { mathrm {b}} -T _ { text {surr}}} { Delta x}} sağ) + hA _ { text {kapak}} left (T _ { mathrm {b}} -T _ { text {surr}} right) + A _ { text {lid}} varepsilon _ { text {pp}} sigma left ( left (T _ { mathrm {c}} + { frac {T _ { text {surr}} Delta S _ { text {pp}}} {c _ { mathrm {p}} ^ { text {pp}}}} right) ^ {4} -T _ { text {surr}} ^ {4} right) end {hizalı}}}$

Nerede

• k havanın ısıl iletkenliğidir
• h serbest havanın konvektif ısı transfer katsayısıdır
• ε_pp polipropilenin emisyonu
• Bir_kapak kapağın dış yüzey alanıdır
• c^pp
  _p polipropilenin özgül ısı kapasitesi
• ΔS_pp polipropilenin özgül entropisidir
• Δx sıcaklık gradyanı boyunca iletimin gerçekleştiği mesafedir

Şimdi, termosun duvarlarından geçen ısı kaybı oranı ile kapaktan geçen ısı kaybı oranının toplamı olan toplam ısı kaybı oranı için bir ifadeye sahibiz.

${ displaystyle Q '_ { text {toplam}} = Q' _ { text {out}} + Q '_ { text {lid}}}$

denklemde her bileşen için ifadelerin her birini değiştiririz.

Bu sürecin entropi oluşum hızı da entropi dengesinden başlayarak hesaplanabilir:

${ displaystyle Delta S _ { text {sistem}} = S _ { text {in}} - S _ { text {out}} + S _ { text {gen}}}$

Oran şeklinde yazılmış,

${ displaystyle Delta S '_ { text {sistem}} = S' _ { text {in}} - S '_ { text {out}} + S' _ { text {gen}}}$

Kararlı bir süreç varsayarsak,

${ displaystyle { begin {align} - int { frac {1} {T _ { text {surr}}}} , dQ '+ S' _ { text {gen}} & = 0 Sağa doğru S '_ { text {gen}} & = { frac {Q' _ {2} -Q '_ {1}} {T _ { text {surr}}}} end {hizalı}}}$

Sisteme ısı eklenmediği için,

${ displaystyle S '_ { text {gen}} = { frac {Q' _ { text {toplam}}} {T _ { text {surr}}}}}$

Ayrıca bakınız

• Hermetik conta
• Güneşlik (JWST) (Termal kalkanının katmanları, yalıtım sağlamak için bir vakum bariyeri kullanır.)
• Tervis Tumbler

Referanslar

daha fazla okuma

• Burger, R., ABD Patenti 872,795, "Duvarlar arasında boşluk bırakan çift cidarlı kap," 3 Aralık 1907.
• Sella, Andrea (Ağustos 2008). "Dewar'ın Şişesi". Kimya Dünyası: 75. Alındı 2008-08-30.

Dış bağlantılar

• İle ilgili medya Vakum şişeleri Wikimedia Commons'ta