Idag är termosar en ganska vanlig del i vår vardag och de flesta av oss har nog använt en vid något tillfälle för att antingen hålla mat eller dryck varm eller kall. Tack vare dess konstruktion så kan du enkelt fylla den med till exempel varm soppa på morgonen som sedan håller värmen lagom till att du är redo att äta lunch.
Men hur fungerar en termos egentligen? Vet den om att innehållet är varmt eller kallt och hur gör den för att behålla temperaturen under så lång tid?
det Korta svaret:
En termos är en slags isolerad behållare som är konstruerad på ett sådant sätt att den förhindrar att innehållet blir påverkat av temperaturen utanför behållaren och därför håller jämn temperatur under en längre tid.
Hur förändras temperaturen över tid?
Om du skulle sätta ett glas med isvatten på ett bord eller för den skull en kopp varm te så vet du nog på förhand vad som kommer att hända.
Efter en viss tid så kommer innehållet i både glaset och koppen att anpassa sig och antingen sjunka eller öka tills dess att det når rumstemperatur. Detta är en termodynamisk fakta; om du sätter två olika saker med olika temperatur bredvid varandra så kommer de tillslut att nå samma temperatur genom något som kallas värmeöverföring.
I exemplet med teet så kommer alltså teets temperatur att sjunka, samtidigt som temperaturen i rummet kommer att öka någon enstaka grad tills dess att de slutligen når samma temperatur. Denna temperaturökning i rummet är dock inte märkbar.
För att behålla teet varmt längre så behöver vi alltså ett sätt att stoppa processen som skapar värmeöverföringen. Den här processen fungerar på tre olika sätt.
Ledning
Vad är egentligen värme? Värme är något som uppstår genom rörelse i atomer. Hur varmt något är beror helt enkelt på hur snabbt atomerna rör sig.
När det är till exempel nollgradigt så rör sig atomerna inte jättemyckte, medan de rör sig snabbare och snabbare ju varmare temperaturen blir. Värme i sin tur överförs när atomerna kraschar in i varandra, något du kan jämföra med när två biljardbollar kolliderar.
Den andra atomen fångar då upp viss fart från den första och värme överförs genom dessa kollideringar. Ett exempel på detta är när du värmer en stekpanna på spisen; värmen från metallen på botten av pannan förs då över till metallen på insidan av stekpannan genom ledning. Fast sedan är vissa material, som metall, så klart bättre på att leda värme än andra, som till exempel plast.
Strålning
En annan effekt som uppstår genom atomernas rörelser är vibrationer som leder till ett fenomen som kallas infraröd strålning. Infraröd strålning är något som vi inte kan uppfatta med blotta ögat, men som vi däremot kan känna på huden.
Ett exempel är solens energi som vi kan känna som värme på vår hud. Andra exempel på strålning är värmen du känner från ett element, en avstängd spisplatta eller på en varm stenvägg efter att solen har gått ner. När infraröd strålning sedan absorberas så skapar det en rörelse i atomerna som vi sedan känner som värme.
Konvektion
Konvektion är något som skapas när en vätska eller en gas blir uppvärmd till heta temperaturer. Konvektionen är då något som reser sig ovanför den varma vätskan eller gasen. Som ett exempel så kan vi använda en skål med varm soppa.
Genom värmen från soppan sprids konvektion som ånga över soppan, denna ånga svävar sedan uppåt genom kall luft som kommer in under och pressar den uppåt. Denna kalla luft blir sedan i sin tur uppvärmd och blir då upplyft av den nya kalla luften som kommer in underifrån och pressar den uppåt och sen fortsätter det så.
Om det inte vore för konvektion så skulle soppskålen hålla sig varm länge då luft i sig är väldigt dåligt på att överföra värme. Denna process går också att snabba på, det är därför som soppan blir kall snabbare om du blåser på den. Så för att bygga en bra termos så vill vi alltså finna ett sätt att stoppa dessa processer från att hända.
Hur isolerar vi en behållare?
För att kunna göra det så behöver vi isolera en behållare. Ett sätt att göra detta på är att ta någon form av behållare och linda in den i till exempel ett isolerande skum. Denna isolering funkar genom två olika principer; plasten i skummet är dåligt på att leda värme och dessutom så är luften inuti skummet ännu sämre på att leda värme. Det betyder att värmeöverföringen reduceras ytterligare. Eftersom luftbubblorna inuti skummet dessutom är så små så har konvektionen inuti skummet i princip eliminerats.
Värmeöverföring i skum är minimal, men det finns ett ännu bättre sätt att stoppa överföringen och det är genom vakuum. Ett vakuum har i regel väldigt få atomer, medan ett "perfekt vakuum" saknar atomer helt och hållet. Det är nästan helt omöjligt att skapa ett perfekt vakuum, men man kan komma väldigt nära. Genom avsaknaden av atomer så kan du därför eliminera konvektion och överföring helt och hållet.
Så hur är en termos byggd?
Inuti en termos finner vi en glasbehållare som håller ett vakuum. Inuti denna glasbehållare finns i sin tur ännu en glasbehållare och denna är i sin tur omringad av detta vakuum. Glasbehållaren är i regel ganska ömtålig och omsluts därför vanligtvis av ett hölje av plast eller metall. I många fall kan du faktiskt skruva loss och ta bort denna glasbehållaren om du skulle vilja.
För att ytterligare reducera värmeöverföringen så är detta glas dessutom täckt i ett silverhölje, liknande en spegel, som i sin tur reducerar infraröd strålning. Kombinationen av detta vakuum och silverhöljet reducerar värmeöverföringen genom konvektion, ledning och strålning avsevärt.
Men hur kommer det sig då att innehåll i en termos ändå kyls ner efter en viss tid?
Trots allt detta så finns det fortfarande två delar av en termos som tyvärr inte är helt isolerade; det ena är locket och det andra är glashöljet som ger en mindre överföringsväg på toppen av behållaren där de inre och yttre väggarna möts.
Även fast temperaturöverföringen på dessa ytor är minimal så är den ändå inte noll. Därför tappar drycken i termosen sakta men säkert sin värme över en lång tid.
Vet termosen om innehållet är varmt eller kallt?
Nej, det gör den inte. Dess jobb är bara att hindra värmeöverföringen mellan dess inre väggar. Detta låter termosen på så sätt behålla vätskans temperatur under en lång tid, oavsett om den är varm eller kall.
När uppfanns termosen?
Ordet "termos" kommer ursprungligen från Grekiskans "therme" som betyder varm. Dock var det inte en grek som uppfann termosen, utan det var en skotsk forskare vid namn Sir James Dewar som uppfann vakuumflaskan år 1892. Genom sitt arbete inom kryogenik så behövde han en behållare som kunde hålla det kemikaliska innehållet på en jämn temperatur.
För att kunna göra detta så placerade han en glasbehållare inuti en annan glasbehållare och sög sedan ut luften och skapade på så sätt ett partiellt vakuum för att hålla innehållet på en stabil temperatur. Efter att ha anlitat hjälp av en professionell glasblåsare så skapade han senare en vakuumflaska som började säljas under namnet "Dewar flask" år 1898.
Reinhold Burger (Dewars glasblåsare) utvecklade senare flaskan tillsammans med sin kompanjon Albert Aschenbrenner och tog patent på produkten. Flaskan fick sitt namn efter att en lokal invånare vunnit en tävling utlyst av Burger och Aschenbrenner för att namnge vakuumflaskan.
En Amerikansk affärsman vid namn Willian B Walker fick upp ögonen för termosflaskan under sina resor i Berlin då han mötte Burger. Walker såg ett stort potential för flaskan och påbörjade omedelbart arbetet att ta de rätta patenten för att kunna importera och tillverka flaskan i Amerika.
Termosens blir världskänd
Den första fabriken öppnades i Brooklyn i Januari 1907. Tillverkningen översågs av Burger, och tyska maskiner och glasblåsare reste över till den nya fabriken för att träna de anställda där för att se till att behållaren blev tillverkad på ett korrekt sätt.
I 1911 producerade Thermos Limited i England den första maskingjorda glasfillern. Det var ett kritiskt industriellt genomslag som snabbade upp produktionen avsevärt genom att automatisera denna glasblåsningsprocess. Thermos blev genom detta en världsledare när det häller vakuumteknik och tillverkning.
I 1957 började termos produkterna, som vid det här laget var nästan världskända, att användas för transport av plasma och insulin. De började också användas i olika instrument för att mäta elektricitet, stigningsgraden i flygplan, väderrapporter och för att upptäcka oljeinsättning.
Under åren har produkten utvecklats ytterligare för att tillgodose behov av dess användare. Exempel på detta är att den har gjorts mer stöttålig för att klara av att tas med vart man än går, oavsett om detta är till jobbet, skolan eller ut på vandring i bergen.
Företaget har också gjort åtskilliga samarbeten med andra kända varumärken som till exempel Barbie, ett av deras mest långvariga samarbeten, samt utvecklat produkter för att användas i olika industrier.
Till skillnad från när termosen först lanserades så finns det idag många olika varianter att välja på, både när det gäller utseende, storlek och utförande. Oavsett vad du kan tänkas behöva den för, så finns det nästan garanterat en termos för dig.
Hur fungerar en ficklampa?