家人說:暖水壺裡熱水放涼後,暖水壺以後就不保溫了,是真的嗎?

量子宇宙


此命題為假!

經常將保溫瓶裡的水放的冰涼,再用一樣保溫,上學時,曾將水放了一假期,開學後,再灌熱水,照樣保溫。

保溫瓶之所以能保溫是因為它有效的減緩了熱傳遞,熱傳遞有三種方式:傳導、對流和輻射。保溫瓶有雙層玻璃壁,瓶口蓋著軟木塞,玻璃和軟木都是熱的不良導體,並且,雙層玻璃壁之間的空氣抽的非常稀薄,接近真空,可有效地防止熱傳導;同樣是因為瓶口蓋著軟木塞,將內外空氣隔離,對流不能發生;雙層玻璃壁內鍍了銀,光亮的象鏡子一樣,可以把輻射來的熱反射回去。可見,保溫瓶將熱傳遞的三種方式都儘可能的減緩了,所以,有良好的保溫效果,既能使熱的物體保持較高溫度,比如熱水,也能使冷的物體保持較低溫度,比如夏天有人用來裝冰棍。可見,保溫瓶的保溫效果取決於保溫瓶的材料和結構。

必須明白,保溫瓶保溫是相對的,只是減緩了熱傳遞,並不能絕對避免熱傳遞的發生,保溫效果再好,時間一長,保溫瓶內溫度都會隨外界溫度變化。但對保溫瓶的結構和材料不會帶來明顯的影響,也就是說,保溫瓶內溫度的變化,不會影響保溫瓶的保溫效果。所以,不會因為將保溫瓶中熱水放涼,就使保溫效果打了折扣。


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確實家裡人經常這樣說!我也不知道為何這件事會做到這麼統一,我媽前幾天還這樣說過,讓我一定要把熱水壺裡的熱水用完,不然熱水在暖水壺裡放涼以後,暖水壺就不保溫了!聽到這話,讓我再次心生疑惑,把暖水壺的保溫原理、可能造成的影響想了一遍,這完全沒有一點科學道理啊,真不知道家人是怎樣總結出這個規律的。下面我們就分析下熱量傳遞的過程,和熱水壺的保溫原理。

先說熱量是怎樣損失的

熱量是一個物體內部分子所具有的內能,但我們平時不說一個物體包含了多少熱量或能量,而是通過溫度這個物理指標來描述一個物體內部分子的平均動能。那麼溫度越高、物體所包含的內能/熱量就越大,分子所擁有的平均動能就越高;溫度越低,內能/熱量也就越低,分子的平均動能就越低。

根據熱力學定理,我們知道熱量會自發的從高溫物體傳遞到低溫物體。所以,我們燒開水以後,如果不為其保溫的話,熱量很快就會消散到大氣中,其中熱量的傳遞有三種方式和途徑,我們只要阻斷這些熱量傳遞的過程就能為一個物體保溫。

首先是熱傳導的過程。上文說了一個高溫物體其內部的分子/原子平均來說就比低溫物體擁有更高的動能,當低溫物體與高溫物體互相接觸的時候,它們表面之間的分子/原子就會頻繁的發生機械碰撞,那麼運動速度較快的分子/原子就會將自身擁有的動能在通過碰撞的過程中,傳遞給運動速度較慢的分子/原子。

這樣一來,高溫物體的分子平均動能就下降了,而低溫物體分子的平均動能就上升了,直到兩個物體擁有相同的分子內能,動能的轉換就實現了熱量的傳遞,兩個物體的溫度也就發生了一升一降。

這種接觸式的熱傳導方式在生活中最為常見,例如,冬天的冷空氣分子停的與你的身體發生碰撞,然後在你身體表面獲得動能,帶走熱量,這是我們就感覺到很冷。夏天正好相反,熱空氣又把動能傳遞給我們身體表面,我就覺得很熱。不過傳遞熱量的介質也分為:熱的良導體和不良導體,例如:金屬就是熱的良導體、木材、玻璃就是熱的不良導體,這就是為什麼在同樣的氣溫下,金屬的東西摸起來更涼的原因,因為金屬會讓熱量散發的更快。以上就是接觸式的熱傳導,必須有介質存在才行。

接下來就是熱對流。你覺得空氣是熱的良導體嗎?其實並不算是,你可以想象以下,處在一個空氣完全不流動的房間裡,真的很悶熱,周圍像凝了一樣,所以說不流動的空氣無法很好的從你身上帶走熱量。但是在同樣的溫度下打開電風扇,是不是就涼快多了,這就是空氣的流動可以很好的交換熱量。

還有我們冬天家裡的暖氣周圍,就在進行著熱對流,熱空氣上升帶走熱量、冷空氣下降繼續被加熱,這樣整個房價很快就會熱起來,如果沒有空氣的對流,房間很難變熱。再就是燒水時,你可以觀察水壺裡水的運動情況,也是在通過不斷的上升和下降來交換熱量,這些過程都屬於熱對流。當然熱對流傳遞熱量的方式首先還是必須存在介質,而且是流體。

最後一個傳遞熱的方式是熱輻射。熱輻射是唯一一種不需要任何介質存在就能傳遞熱量的方式,這是因為熱輻射是物體通過電磁波的形式向外釋放熱量,而電磁波在傳遞的過程中並不需要介質。我們知道在宇宙中屬於真空狀態,真空是完美的絕熱狀態,太陽的熱量不會通過任何介質傳遞給地球,唯一可行的方式就是太陽光,也就是電磁輻射。

不過熱輻射是一種傳遞熱量最緩慢的方式,而且由於開水的溫度最多100攝氏度,所發出的輻射也屬於紅外波段。

暖水壺是怎樣隔絕以上的熱傳遞的?

相信你小時候有摔碎過暖水瓶,通常就會聽到砰的一聲,而且我相信你也拿起來看過保溫膽的結構,這個構造其實並不複雜,一看就明白。雙層玻璃瓶膽,中間為真空狀態,並且瓶膽內外度銀,十分光亮,底部還有一個小尾巴,瓶口加木塞,這就是整個保溫膽的構造。

上文說了真空是絕熱的,也就是熱的不良導體,不會與任何物質發生任何熱傳導,因為真空完全沒有介質的參與,也沒有任何的分子會帶走水的熱量。而且沒有介質也不會發生熱對流。瓶膽中鍍銀是為了反射紅外輻射,雖說還是會漏走一些能量,但由於紅外輻射本來散發的熱量就非常低,這點並不是熱水壺損失熱量的只要原因。

還有瓶口的木塞可以很好的隔熱,不過一個熱水壺損失熱量最大的地方就是瓶口。因為除了木塞處會漏氣以外,瓶口的頸部周圍由於內外層是相連的,所以大量的熱量會在這裡通過熱傳導的方式損失掉。所以在製造瓶膽的時候都儘量的縮短瓶頸,並且增大暖水壺的容量,這樣保溫效果更好。

上文我們分析了在物理學中熱量傳遞的所有原因,也分析了暖水壺的保溫原理,但是沒有一點是關於水放涼以後就會造成熱水壺保溫效果變差的原因。你仔細想下,水從熱放涼,會對熱水壺的內膽造成任何的損傷嗎?或者是產生了什麼影響讓熱水壺內膽發生了微小的變化?

沒有,完全沒有!熱水壺不僅可以保溫熱水,還可以保溫冰鎮的冷水,效果是一樣。不會因為溫度變化就對水壺產生任何影響,至少科學上是這麼認為的,至於為什麼我們的媽媽為何為那樣說,我們可以買個熱水壺親自做這個實驗,來擊破謠言。


量子科學論


假的,無稽之談!


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