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    解密55度杯

    2015-04-28 04:57:24
    中學(xué)科技 2015年4期
    關(guān)鍵詞:瓶塞燒瓶鋁箔

    近來,可以將開水和涼白開短時間內(nèi)調(diào)整到55℃的喝水神器——“55度杯”受到人們的青睞,一時間幾乎人手一杯,儼然成了跨年的爆款。如此風靡的55度杯到底有何天機?真是高科技產(chǎn)品嗎?解密55度杯,我們馬上進行。

    55度杯由來

    55度杯的研發(fā)團隊稱其是第一款“快速變溫水杯”,可以將所有高于55℃的液體冷卻,也能把低于55℃的冷水加熱,達到最適合人體飲用的溫度。55度杯官方稱,水杯的核心技術(shù)就在于通過相變材料——將相變金屬填充于導(dǎo)熱層與隔熱層之間,利用相變金屬快速吸收或釋放能量的特點,實現(xiàn)升溫和降溫的功能。

    神奇的相變材料

    物質(zhì)系統(tǒng)中物理、化學(xué)性質(zhì)完全相同,與其他部分具有明顯分界面的均勻部分稱為相。與固、液、氣三態(tài)對應(yīng),物質(zhì)有固相、液相、氣相,而相變就是物質(zhì)從一種相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相的過程。常見的物質(zhì)三態(tài)變化就是相變。自然界還存在許許多多的相變現(xiàn)象,例如,加熱一塊磁鐵,磁鐵的鐵磁性忽然消失。

    相變材料在其相變溫度附近發(fā)生相變,釋放或吸收大量熱量,可被用于儲存能量或控制環(huán)境溫度。恰當?shù)南嘧儨囟仁沁M行溫度調(diào)節(jié)的關(guān)鍵。以20℃調(diào)溫相變材料為例,當外界溫度高于20℃時,相變材料吸收環(huán)境中的熱量進行儲存,并使得環(huán)境溫度降低;當外界溫度低于20℃時,相變材料會把之前所儲存的熱量釋放給外界環(huán)境。依次循環(huán),維持一個相對恒溫狀態(tài)。

    而55度杯正是采用相變金屬填充于內(nèi)部導(dǎo)熱層與外部隔熱層之間,熱水通過導(dǎo)熱層將熱量釋放至相變金屬,相變金屬快速吸熱并熔化,熱水溫度迅速降低。隨后,熱水降溫時,相變金屬凝固放熱,此熱量可長時間保持熱水的溫度于相變金屬的熔點附近,達到保溫效果。55℃就是其相變溫度。

    55℃真相

    55度杯中倒入100℃沸水,搖動1分鐘,溫度降到55℃。隨后在杯中注入冷水,經(jīng)1分鐘搖動,水溫升至34℃。而經(jīng)過降溫升溫這一個過程后,須間隔1小時左右,杯子才能再次出現(xiàn)降溫功能。實際效果并不如傳說中那么神奇,只是簡單的熱傳遞原理。

    經(jīng)檢測也發(fā)現(xiàn)55度杯杯壁的主要成分是鐵、鉻、鎳,比例為12∶3∶1,杯中填充液體大部分為氯化鈉溶液,并有少量固體二氧化鈦和氧化鐵。有機物檢測表明,總有機碳含量為37.31mg/L。由此看來,高科技的帽子并不是那么容易戴的。

    1. 如圖1所示,取一個裝有大半瓶水的鹽水瓶和一支去掉筆尖的空圓珠筆芯,在鹽水瓶瓶塞上開一個小孔,用力將圓珠筆的筆芯插入瓶塞,再用瓶塞蓋緊瓶口,使筆芯下端能沒入水中,被封閉的空氣加熱后能將瓶中的水擠壓出來。說明這部分空氣具有 能;溫度越高,水噴得越____(選填“高”或“低”),這說明物體的內(nèi)能與溫度____(選填“有”或 “無”)關(guān)??梢姡话闱闆r下,同一物體的溫度越高,它的內(nèi)能就越____(選填“大”或 “小”)。

    2. 如圖2所示,兩個相同的燒瓶用一根玻璃管連接,塞子密封,其中右邊一個燒瓶被涂黑。開始時,水柱C在玻璃管的正中間,在太陽下曬過一段時間后,水柱C會向____(選填“左”或者“右”)移動,這說明____色的燒瓶吸收太陽輻射熱的本領(lǐng)強。

    自制保溫杯

    實驗材料:一大一小2個帶蓋的玻璃瓶(大玻璃瓶能裝下小玻璃瓶)、軟木塞、鋁箔、膠帶、剪刀等。

    制作步驟:

    用鋁箔包裹小的玻璃瓶,用膠帶粘牢,鋁箔比較亮的一面朝內(nèi)。

    向小瓶內(nèi)倒入熱水,蓋子旋緊。

    把裝了熱水的小瓶子放入大瓶子,軟木塞墊在下面,大瓶子的蓋子也旋緊。

    如圖3所示,一個保溫杯就制作完成了。

    相變材料蓄熱

    相變材料具有在一定溫度范圍內(nèi)改變其物理狀態(tài)的能力。以固—液相變材料為例,在加熱到熔化溫度時,就產(chǎn)生從固態(tài)到液態(tài)的相變,熔化的過程中,相變材料吸收并儲存大量的潛熱;當相變材料冷卻時,儲存的熱量在一定的溫度范圍內(nèi)要散發(fā)到環(huán)境中去,進行從液態(tài)到固態(tài)的逆相變。在這兩種相變過程中,所儲存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態(tài)發(fā)生變化時,材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變,形成一個寬的溫度平臺,雖然溫度不變,但吸收或釋放的潛熱卻相當大。

    (劉 波)

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