Så fungerar en termosmugg

Tänk dig att du har kokat en varm kopp kaffe, men inte har tid att dricka den på en gång. Istället häller du upp den i din termosmugg innan du går till jobbet och kaffet håller sig varmt ända tills du kommer fram och ska dricka det. Hur kommer det sig? Varför är det så? Hur fungerar egentligen en termosmugg? Vad är det som gör att innehållet kallnar mycket långsammare i termosmuggen än om det hade varit utanför?

termosmugg

Vad är värme?

För att förklara hur en termosmugg fungerar är det först nödvändigt att förstå vad värme är. Värme kan dels ses ur ett fysikaliskt perspektiv och dels ur ett kemiskt perspektiv.

Ur ett kemiskt perspektiv är det atomer och molekyler som rör sig. Ju mer energi som man tillför till något, desto fortare kommer partiklarna att röra på sig och desto högre blir temperaturen. Rörelseenergin som partiklarna har kan de överföra till andra partiklar när de krockar med dem. Om man exempelvis har en kopp varmt té kommer vattenmolekylerna som rör sig väldigt fort att krocka med tekoppsmolekylerna och få dem att röra sig fortare, vilket gör att tekoppen också blir varm. Energin för alla atomerna är alltid densamma, så när vattenmolekylerna krockar med fler atomer så att deras rörelseenergi ökar måste vattenmolekylernas rörelseenergi minska. När vattenmolekylernas energi minskar blir téet kallare. På detta sätt kan värme spridas genom allt som består av atomer. När värme sprids på detta sätt kallas det för konvektion.

Om man istället ser det hela genom ett fysikaliskt perspektiv, så kan värme ses ungefär som ljus, det vill säga infraröd strålning. Den infraröda strålningen består av antingen energirika partiklar eller vågor. När strålningen träffar ett material kan det dels absorberas och avge energi så att materialet blir varmare och dels reflekteras mot materialet. Olika material är olika bra på att reflektera strålning. En spegel är till exempel väldigt bra på att reflektera strålning, vi kan spegla oss själva i den, medan en träbit inte är särskilt bra på att reflektera strålning.

Inom fysiken tittar man också på värmeledningsförmåga, alltså hur bra ett föremål är på att leda värme. Det har att göra med hur atomerna och molekylerna sitter ihop med varandra i ämnet. Metaller är väldigt bra på att leda värme, medan trä har låg värmeledningsförmåga. Det är det som gör att en plåt känns väldigt varm när man har tagit ut den ur ugnen, medan träunderlägget som man ställer den på inte alls känns lika varmt trots att de har samma temperatur. Om ett föremål har god värmeledningsförmåga kommer det snabbare att leda bort värmen jämfört med ett föremål med dålig värmeledningsförmåga, vilket gör att det kallnar fortare.

Värme kan alltså spridas och transporteras på tre olika sätt, antingen genom konvektion, strålning eller genom ledning av värmen.

Termosmuggens konstruktion

Med hjälp av det som sagts ovan, går det nu att förklara hur termosmuggen fungerar.

hur fungerar en termosmugg
Konstruktionen har varit ungefär densamma sedan slutet av 1800-talet då James Derwan uppfann termosen för att kunna förvara flytande luft. Sedan dess har materialen delvis förändrats, men principen med vakuum och reflektion fungerar än idag.
En termosmugg består av två behållare med vakuum emellan. Vakuumet gör att värmen varken kan förflyttas med ledning eller konvektion ut från den inre behållaren, eftersom vakuum inte består av någon materia. Både konvektion och ledning kräver atomer eller molekyler som kan förflytta värmen.

För att minska värmeutstrålningen brukar dessutom insidan av den inre behållaren vara täckt med något blankt, exempelvis polerat glas eller ett tunt silverlager. Detta gör att det mesta av värmestrålningen reflekteras tillbaka in mot vätskan och hjälper till att hålla den varm. En liten del av värmestrålningen kan dock fortfarande ta sig ut och gör att vätskan sakta svalnar. Den främsta orsaken till att det sker värmeförluster är dock att det måste finnas ett lock. Locket gör att det inte är vakuum hela vägen runt den inre behållaren och att värmen alltså kan ledas ut via lockets väggar.

termosmugg