Какой материал лучше держит тепло: Какой материал лучше всего сохраняет тепло в морозы?

Сталь, керамика, стекло или пластик — какой материал для пуровера лучше?

Сталь, керамика, стекло или пластик — какой материал для пуровера лучше?

Если вкратце, лучший результат дают воронки из пластика. Они медленнее и в меньшей степени поглощают тепло воды при заваривании и почти его не удерживают. Пожалуй, это расстроит тех из наших читателей, кто обеспокоен проблемой загрязнения окружающей среды пластиком.

Чтобы разобраться, чем пластик лучше остальных материалов, вспомним уроки физики. На количество удерживаемого тепла влияют три характеристики:

• Теплопроводность — величина, с помощью которой описывают, насколько быстро воронка поглощает и отдает тепло.
• Удельная теплоемкость определяет количество тепла, необходимое для изменения температуры воронки.
• Теплоотдача поверхности характеризует скорость, с которой воронка отдает тепло.

Теплопроводность

Возможно, вы помните еще со школьных времен, что пластик это отличный изолятор, а металл — проводник. Стекло и керамика находятся где-то посередине. Стало быть, пластик оптимален как минимум с точки зрения теплопроводности. Но насколько он превосходит другие материалы?

(Источник: engineeringtoolbox.com)

Как видите, фарфор обладает теплопроводностью в 20-25 раз выше, чем акрил (один из распространенных типов пластика). Следовательно, воронка из него поглотит тепло воды гораздо быстрее.

Удельная теплоемкость

Далее рассмотрим, какое количество энергии способна поглотить воронка. Эта величина называется удельной теплоемкостью и измеряется в джоулях на килограмм на градус. Иными словами, она определяет, сколько джоулей энергии нужно, чтобы изменить один килограмм данного материала на один градус.

Как видите, для нагревания 1 кг пластика на определенное количество градусов требуется больше тепловой энергии. Однако керамическая воронка в среднем в 4 раза тяжелее пластиковой, поэтому при таком же нагревании она поглотит примерно в 3,5 раза больше тепла.

Вот, где кроется распространенное заблуждение. Бариста то и дело говорят, что предпочитают керамические воронки, «ведь они лучше держат тепло». А ведь достоинством это не назовешь: такая воронка поглощает больше тепла из жидкости в процессе заваривания.

Теплоотдача поверхности

Наконец, тепло уходит из воронки либо конвекцией, либо излучением. Скорость конвекции зависит от температуры поверхности. Материалы, обладающие более высокой теплопроводностью, быстрее доставляют тепло к поверхности. Когда тепло достигает поверхности, материалы с меньшей удельной теплоемкостью нагреваются сильнее. Значит, пластик, обладающий меньшей теплопроводностью и большей удельной теплоемкостью, отдаст гораздо меньше тепла в результате конвекции, чем другие материалы.

Скорость теплопотери излучением зависит не только от материала, но и от структуры (в том числе от гладкости) и температуры поверхности. Поэтому вычислить этот показатель крайне сложно. При одинаковой температуре стекло, фарфор и пластик потеряют в результате излучения примерно одинаковое количество тепла. Сталь отдаст излучением значительно меньше, но это нивелируется ее высокой теплопроводностью и низкой удельной теплоемкостью, из-за которых поверхность нагреется гораздо быстрее. К тому же максимальные теплопотери излучением вдвое меньше, чем конвекцией.

Воронки с двойной стенкой

С точки зрения изолирующих свойств воздух даст фору любому материалу: его теплопроводность составляет всего 0,02 Вт/(м*К). Некоторые производители воронок пользуются этим свойством, разрабатывая модели с двойной стенкой, между которыми предусмотрена воздушная прослойка. Существуют и сетчатые воронки: бумажный фильтр минимально контактирует с их стенками и максимально – с воздухом. Сами по себе такие модели удерживают тепло лучше, но даже их предпочтительнее изготавливать из пластика.

Двойные стенки стеклянных воронок в любом случае поглотят больше тепла еще до того, как воздушная прослойка успеет себя проявить. А вот аналогичная воронка из пластика справилась бы с задачей гораздо лучше.

Площадь поверхности сетчатых металлических воронок, несмотря на структуру, все равно немаленькая. А значит, в процессе заваривания она поглотит и отдаст внешней среде достаточно много тепла. Еще какое-то количество тепла вы потеряете в результате испарения с внешней поверхности фильтра (теплопотери испарением всегда очень значительны). Гораздо лучше для этого бы подошел пенополистирол – к тому же он дешевле.

Заключение

Итак, пластик выигрывает по каждому из трех критериев: он медленнее поглощает тепло из воды в процессе заваривания, в целом поглощает меньше тепла и отдает его медленнее. Конечно, важна и конструкция воронки: особую роль играют вес и площадь поверхности. Однако, какой бы ни была модель, изготавливать воронку предпочтительнее из пластика.

Автор: Метт Пергер
Источник: baristahustle.com/blog/steel-glass-ceramic
Перевод и адаптация текста: компания Barista Coffee Roasters
Копирование материала разрешено исключительно с указанием активной ссылки на ресурс: www. barista.ua и источник статьи.

Какой термос дольше держит тепло?

Этим вопросом задаётся большое количество людей. Ответ на него интересен туристам, отправляющимся в поход. Он волнует женщину, отправляющую ребёнка в школу. Многие автомобилисты размышляют над ним. А между тем, ответ очевиден.

Разновидности термосов

Все термоёмкости можно классифицировать по разным признакам. Один из самых важных – это материал, из которого сделана колба, и принцип сохранения температуры. Существует 3 вида колб.

5%скидка
Для читателей нашего блога
скидка 5% на весь
ассортимент

Ваш промокод:BLOGСмотреть все термосы

1. Стеклянная. Она достаточно хрупкая. Может разбиться от удара или треснуть от резкого перепада температур. Такие термоёмкости лучше использовать в домашних условиях. Их транспортировка рано или поздно приведёт к тому, что колба разобьётся. Стекло держит температуру гораздо дольше пластика или металла.

2. Пластиковая. Эта колба немного крепче стеклянной, но также может разбиться от сильного удара или при падении. К сожалению, единственным преимуществом такой колбы является её лёгкость. Пластик гораздо хуже держит тепло. Помимо этого, он впитывает запахи напитков, которые в нём хранятся, отдавая привкус следующей жидкости, которую в неё наливают.

3. Металлическая (стальная). Прочность колбы позволяет брать такие термососуды с собой в дальние и самые экстремальные путешествия. Сталь имеет гораздо больший коэффициент теплопроводности. Но это не мешает использовать её для производства качественных термосов.

Принцип действия разных термоёмкостей

В сосуде со стеклянной колбой ставка делается на толщину стекла. Чем толще стеклянная стенка, тем лучше она сохраняет температуру жидкости. Это происходит за счёт низкой теплопроводности стекла. Она имеет самое незначительное значение среди материальных веществ.

В металлических термосах используется вещество, теплопроводность которого гораздо ниже. Это вакуум, в котором тепловые процессы вообще не проходят. Именно он находится между стенками колбы и корпуса металлического термоса. Теплопотери такой ёмкости сведены практически к нулю. Прочность стали надёжно защищает вакуумную камеру от повреждения.

Главный параметр сравнения

Как же можно сравнить эффективность таких разных признаков? Ответ очевиден. По конечному результату. Главным критерием сравнения может являться время, которое термос сохраняет температуру жидкости. Для чистоты эксперимента лучше использовать чистую воду, чтобы не учитывать погрешности на плотность разных жидкостей. Если вы решите самостоятельно проводить испытания разных термосов, учтите также, что необходимо брать ёмкости одного объёма.

Имея в наличии три термоса с колбами из разных материалов но одного объёма, вы легко сможете сравнить их эффективность. Лучше, если у таких термосов будет примерно одинаковая конструкция пробки. Ведь через разные пробки проходит различное количество теплопотерь. Если же у вас нет таких возможностей, вы можете доверять цифрам приведенным ниже.

Автором статьи сравнивалось время сохранения температуры тремя литровыми термосами.  Здесь умышленно не называются их производители, чтобы не прозвучало обвинение в предвзятости к одному из них. Несложные эксперименты показали, что стеклянная колба держит температуру в пределах ±15-200С до 12 часов, пластиковая – до 6 часов, а стальная – до 20 часов.

5%скидка
Для читателей нашего блога
скидка 5% на весь
ассортимент

Ваш промокод:BLOGСмотреть все термосы

Результаты наглядно демонстрируют то, какая колба держит тепло лучше. Однозначно, это стальной термос с вакуумными камерами между его стенками. Если принять во внимание прочность таких ёмкостей, можно говорить о значительных преимуществах перед аналогами со стеклянными и пластиковыми колбами. Единственным недостатком этого вида термосов является их высокая цена. Но она полностью оправдана эффективностью и долговечностью таких термососудов.

Какие вещества будут удерживать тепло в течение нескольких часов?

••• TeodoraDjordjevic/iStock/GettyImages

Обновлено 25 апреля 2018 г.

Автор Samuel Markings

Воздух, которым вы дышите, может удерживать тепло до 14 часов в герметичной среде. Вы можете подумать, что древесина держит тепло дольше, но вы ошибаетесь, так как древесина держит тепло только до 2 часов 20 минут. В качестве переменной в термодинамике тепло представляет собой энергию, которая перемещается или передается от высокотемпературного объекта, такого как дровяная печь, к более холодному, например, в воздухе в комнате. Этот перенос тепла от одного объекта к другому называется конвекцией. Формула коэффициента теплопередачи помогает определить, какие объекты удерживают тепло в течение нескольких часов.

TL;DR (слишком длинно, не читал)

Закон охлаждения Ньютона гласит, что коэффициент теплопередачи материала должен быть как можно ниже. Коэффициент теплопередачи измеряется в специальных единицах ватт на квадратный метр в градусах Цельсия. Эта единица является мерой тепловой энергии, которая должна быть передана за одну секунду на один квадратный метр, чтобы изменить материал на 1,8 градуса по Фаренгейту или 1 градус Цельсия.

Древесина, которая горит

Будучи твердым волокнистым материалом, состоящим в основном из целлюлозы и лигнина, элемента, делающего ветви деревьев жесткими, древесина быстро выделяет тепло. Он имеет очень низкий коэффициент теплопередачи 0,13 Вт на квадратный метр по Цельсию. 1-килограммовая деревянная плита остынет с 104 градусов по Фаренгейту (50 градусов по Цельсию) до 68 градусов (20 градусов по Цельсию) за 2 часа 20 минут.

Осадочный песок

Как осадочный материал, состоящий из диоксида кремния, песок встречается на пляжах и в пустынях по всему миру. Песок имеет низкий коэффициент теплопередачи 0,06 Вт на квадратный метр по Цельсию. Это означает, что он может удерживать тепло в течение очень длительного периода времени, и это объясняет, почему песок на пляже в жаркой стране остается теплым даже после захода солнца. 1-килограммовый контейнер с песком остынет с 104 градусов по Фаренгейту до 68 градусов по Фаренгейту за 5 часов 30 минут.

Вспененный полистирол

Вспененный полистирол, синтетический пластиковый полимер, используемый в упаковке товаров и в качестве изоляции, используемой в строительной отрасли. Он имеет низкий коэффициент теплопередачи 0,03 Вт на квадратный метр по Цельсию. Это делает его отличной теплоизоляцией в строительстве. Килограммовый блок полистирола остынет с 104 градусов по Фаренгейту до 68 градусов по Фаренгейту за 11 часов 20 минут.

Воздух, которым дышат

Состоящий из 78 процентов азота, 21 процента кислорода, 0,03 процента углекислого газа и других газов, воздух, которым вы дышите, может сохранять тепло в течение многих часов после нагрева, и именно этот факт позволяет нашим домам оставаться в тепле после выключения центрального отопления. Воздух имеет коэффициент теплопередачи 0,024 Вт на квадратный метр по Цельсию. 1-килограммовый контейнер с воздухом охладится с 104 градусов по Фаренгейту до 68 градусов по Фаренгейту за 14 часов 15 минут.

Статьи по теме

Справочные материалы

• Университет штата Джорджия: Тепло
• Термопедия: Закон Ньютона о охлаждении
• Кабинет физики: Тепло и температура
• Технологический институт Джорджии: Химический состав древесины
• Университет Неаполя: Химический состав древесины
• Национальное управление океанических и атмосферных исследований: Погода и климат
• Инженерный набор инструментов: Состав воздуха
• Группа упаковки EPS: Пенополистирол и окружающая среда

Об авторе

Самуэль Маркингс пишет для научных публикаций более 10 лет и публиковал статьи в таких журналах, как «Nature». Он эксперт в области физики твердого тела, а днем ​​работает исследователем в британском университете Russell Group.

Инженерная школа Массачусетского технологического института | » Существуют ли материалы, которые могут поглощать тепло, не нагреваясь?

Существуют ли материалы, которые могут поглощать тепло, не нагреваясь?

Есть, и у них есть несколько неожиданных применений…

Автор Sarah Jensen

Легко определить, долго ли руль вашего автомобиля, поверхность парковки или сиденье велосипеда находились на солнце. Известные (достаточно разумно) «материалы с ощутимым теплом», такие как камень, чугун и алюминий, нагреваются заметно сильнее, поскольку поглощают тепло. Наши чувства говорят нам об этом при быстром прикосновении. С другой стороны, говорит Адам Пэксон, кандидат технических наук на факультете машиностроения Массачусетского технологического института, существуют материалы с фазовым переходом (PCM), материалы, аккумулирующие скрытое тепло, которые поглощают и выделяют тепло, не нагреваясь сами по себе.

По его словам, каждый материал с фазовым переходом имеет свою уникальную температуру насыщения, точку, при которой он начинает переходить из жидкого состояния в пар или из твердого состояния в жидкое. «Когда PCM переходит из одной фазы в другую, добавление тепла не изменит его температуру до тех пор, пока не исчезнет вся первая фаза», — объясняет он. Размещение кастрюли с кубиками льда над газовой горелкой прекрасно иллюстрирует его точку зрения. «Сам лед будет оставаться при той же температуре, пока весь не растает», — говорит он. «Только после того, как вся вода перейдет из твердого состояния в жидкое, она станет теплее на ощупь».

Тысячи материалов классифицируются как ПКМ, говорит Паксон, от органических веществ, таких как парафины и жирные кислоты, до неорганических гидратов солей и углеводородов. Они представляют особый интерес для инженеров, специализирующихся на теплопередаче и хранении тепловой энергии, поскольку они начинают выделять накопленное скрытое тепло только тогда, когда температура опускается ниже их точки замерзания. «Различные воски можно настроить так, чтобы они начинали плавиться и замерзать при комнатной температуре, и они представляют собой энергоэффективную форму изоляции, используемую в стеновых панелях», — говорит он. В жаркий августовский день воск внутри стен поглощает солнечное тепло, но его температура остается постоянной при температуре плавления воска, сохраняя в доме комфортную прохладу.

Технология скрытого тепла также может сделать растения счастливыми. ПХМ, такие как хлорид кальция и декагидрат сульфата натрия, успешно использовались внутри теплиц для хранения солнечной энергии.