魔法びんは、デュワー瓶の最も一般的な名前であり、外部環境との熱交換を避け、ほぼ完全な断熱を生成し、内部の内容物の温度を長時間維持するために使用される容器です。
最初の魔法瓶は 19 世紀にスコットランドの科学者ジェームス・デュワーによって作られました。彼は当初、化学溶液の温度を維持することを意図していました。
魔法瓶の仕組みをより深く理解するには、3 つの熱交換プロセスがどのように発生するかを見てください。
対流 –システムの構成要素間の密度の違いによって引き起こされる、液体または気体媒体内の熱伝播の形態で構成されます。
伝導 –温度差による、特定の材料を構成する粒子間の熱エネルギーの伝達です。
照射– 物体間の接触なしに発生する熱伝播の形態。したがって、熱は電磁波を通じて伝播します。その一例は、太陽が遠く離れていても地球を加熱するという事実です。
魔法瓶は、これらの熱交換プロセスの発生を防ぐように構造されています。図を参照してください。
魔法瓶は、対流、放射、伝導による熱交換を避けるように構造されています。
図からわかるように、魔法瓶は 2 つの層で構成されており、あたかも一方のボトルがもう一方のボトルの中にあり、両方が同じネックを使用しているかのように見えます。これらの層は断熱材、通常はガラスでできています。各部分には次の機能があります。
この熱交換プロセスには物質媒体が必要であるため、2 つの層間の真空は伝導の発生を防ぐことを目的としています。
内層の鏡面は熱波を再度「反射」して温度を維持するため、熱放射による熱交換を防ぎます。
断熱材でできた蓋はボトル内の空気と液体の接触を防ぎ、対流が起こりません。ボトル内の熱い液体または冷たい液体と空気が接触すると、空気の動きによって対流が発生します。
したがって、魔法瓶は、熱いか冷たいかに関係なく、中に入れられた内容物の温度を維持できます。理論的には、温度を変化させずに永久に維持することは可能ですが、熱交換を完全に避けることは不可能です。