探究保溫瓶內(nèi)水溫降低快慢與瓶塞，氣柱長度的關(guān)系

徐楷湲

【摘要】 保溫瓶是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊患锲?，作為我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的物品，其保溫性能倍受關(guān)注。那么對于我們個(gè)人而言如何能提高其保溫性能，使瓶內(nèi)熱水溫度降低得更慢一點(diǎn)呢？為了解決這個(gè)問題，本文通過在日常生活中很容易做到的：使用不同的瓶塞，改變盛水時(shí)液面與瓶塞的距離兩方面來探究如何能使瓶內(nèi)水溫度降低得更慢點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】 保溫瓶 溫度變化 空氣柱

【中圖分類號】 G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2017）08-196-02

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問題的提出

在日常生活中我們回發(fā)現(xiàn)保溫瓶里的熱水放置幾天后溫度會(huì)明顯降低。根據(jù)所學(xué)的物理知識可以對其簡單的解釋，正如在學(xué)習(xí)物理的過程中我們知道“靜止是相對的，運(yùn)動(dòng)是絕對的”，保溫瓶的保溫性能也是相對的，這取決于其內(nèi)膽的制作工藝，瓶塞材質(zhì)，保溫瓶容量等。

保溫瓶的保溫性能不同會(huì)導(dǎo)致水的溫度降低的快慢不同，一次在網(wǎng)上看到“在往保溫瓶里倒水時(shí)倒?jié)M溫度降低得相對慢一些；而另外一種觀點(diǎn)則認(rèn)為應(yīng)該留一點(diǎn)間隙溫度降低得慢。”鑒于這兩種觀點(diǎn)都沒有足夠的證據(jù)，而又勾起了我的興趣，便決定對這一問題進(jìn)行研究，探究水溫降低的快慢與那些因素有關(guān)。

分析問題

很多人都知道保溫瓶中起保溫作用的只要是內(nèi)膽和瓶塞，但水溫降低快慢也可能與保溫瓶的容量，裝水的多少有關(guān)系。保溫瓶的內(nèi)膽保溫的原理是將兩層瓶壁間氣體抽去，形成一個(gè)真空的空腔減少由熱傳遞造成的熱量損失，在內(nèi)壁鍍有一層銀，將水的熱輻射反射回起到保溫作用。這些難以進(jìn)行研究，只能寄希望于制造商們對其改進(jìn)。由于家中只有一種規(guī)格的保溫瓶所以沒有探究保溫瓶的容量對其保溫性能的影響。本文只初步探究了瓶塞及瓶內(nèi)空氣柱長度對溫度降低快慢的影響。由于溫度降低的快慢和溫差，散熱面積等多種因素有關(guān)，其速率并非定值，所以用相同時(shí)間內(nèi)溫度降低的平均速率代替。

數(shù)據(jù)符號說明

t0—起始溫度

t1—9.5小時(shí)后測得溫度

t2—14小時(shí)后測得溫度

t3—19.5小時(shí)后測得溫度

t4—23.5小時(shí)后測得溫度

t5—23.5小時(shí)后測得溫度

t—平均溫度

本文數(shù)據(jù)在平均室溫10～15攝氏度的條件下測得。由于水是熱的不良導(dǎo)體，剛倒入瓶里的水的溫度不太均衡，所以測量起始溫度時(shí)已將保溫瓶靜置半個(gè)小時(shí)后瓶內(nèi)較深部分的水溫。

本文假設(shè)

假設(shè)一：在其他條件相同的條件下，質(zhì)地較硬的瓶塞（不易吸水）保溫性能較好。

假設(shè)二：瓶內(nèi)留有的空氣柱越長保溫瓶內(nèi)水溫降低的速率越快。

表格數(shù)據(jù)與分析

表一：在保持保溫瓶內(nèi)氣柱長度相同的條件下，水溫隨時(shí)間變化表格數(shù)據(jù)

分析表一數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)瓶塞的質(zhì)地對溫度降低快慢的影響不明顯。

使用質(zhì)地較硬不易吸水的瓶塞時(shí)平均溫差約為18攝氏度，而使用質(zhì)地較軟易吸水的瓶塞平均溫差約為17.3攝氏度。

即質(zhì)地較硬不易吸水的瓶塞保溫性能略好一些。

表二：在保持瓶塞相同的條件下，瓶塞與液面距離0厘米時(shí)相同時(shí)間間隔水溫降低多少表格數(shù)據(jù)

表三：

表四：

表五：

表六：

通過對表2～表6的數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，瓶塞相同時(shí)，瓶塞與液面的距離越大（即瓶內(nèi)空氣柱長度越長時(shí)），瓶內(nèi)水溫下降的速率也會(huì)增大。

結(jié)論

質(zhì)地較硬不易吸水的瓶塞保溫性能略好一些，瓶塞相同時(shí)，瓶塞與液面的距離越大（即瓶內(nèi)空氣柱長度越長時(shí)），瓶內(nèi)水溫下降的速率也會(huì)增大。

所以我們在日常生活中盡量使用質(zhì)地較硬不易吸水的瓶塞或盡量多裝水達(dá)到更好的保溫效果。

體會(huì)與不足

一：在剛開始收集數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間差異很大，發(fā)現(xiàn)是由于水是熱的不良導(dǎo)體，剛開始測的溫度不太準(zhǔn)確導(dǎo)致，后來就采用靜置半小時(shí)再測量的方法減小誤差。在這個(gè)過程掌握了測量水溫的方法。

二：數(shù)據(jù)精確度不高，沒有找到相關(guān)公式定量計(jì)算。

三：在探究瓶塞與液柱之間距離對水溫變化的影響時(shí)存在第二個(gè)自變量，即瓶內(nèi)水量的減少。水量的變化對結(jié)果的影響較復(fù)雜，個(gè)人知識、條件有限，難以進(jìn)行研究。但在分析每兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)時(shí)，水量變化較小，對結(jié)果影響也較小。所以本文結(jié)論總體上是可靠的。