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热的传递是自然界的基本过程,主要分为三种:热的辐射、热的对流和热的传导。当将一杯冰水或一碗热汤置于厨房桌面上,它们之间的温度差异会促使热传递发生。热汤会冷却到室温,冰水则会接近室温,这是热力学的基本原理,即不同温度的物体接触会趋向于平衡温度。
为了保持食物长时间保温,如一碗汤,关键在于减缓这三种热传递过程。首先,热传导是指热量通过直接接触从一个物体传递到另一个物体,例如,金属棒加热一端,另一端会变热。选择导热性较差的材料,如塑料,可以降低传导速度。其次,热辐射是原子运动产生的红外线,它能通过吸收和发射传递热量。例如,电暖气、烧红的金属和壁炉的热感都源于红外辐射。最后,热对流在液体和气体中尤为明显,如热汤会使周围空气变热并上升,导致冷空气填补空缺,加快冷却速度。吹气可以增强对流,从而加速冷却。
在实际生活中,比如站在篝火旁,三种热传递方式同时存在。红外辐射从火焰向四周发射,对流使得火焰和烟上升,而热传导则使篝火下方的土地变热。为了制作一个有效的保温热水瓶,设计时就需要考虑如何最大限度地抑制这三种热传递方式,以减慢热量的流失。
热水瓶,也叫保温瓶,是英格兰的科学家杜瓦发明的。1900年,他第一次使压缩氢气变成液体,即液态氢。这种东西得用瓶子装起来,可当时并没有现在这样的保温瓶。他就自己研制。他采用真空的办法,即做成双层瓶子,把隔层中的空气抽掉,切断传导。可是这样之后热的辐射也会影响保温,于是杜瓦在真空的隔层里又涂了一层银或反射涂料,把热辐射挡回去。再用一个塞子把瓶口堵住。这样热传导的三个方式都被切断了,瓶内胆能较长时间保持温度。他就用这种瓶子储存液态氢。后来得到广泛的应用,几乎现在每家都有保温瓶即热水瓶。