Mam kilka kubków termicznych, dwa z nich tej samej marki, mają ten sam wygląd, kształt i rozmiar, z wyjątkiem tego, że jeden jest ze stali (wewnątrz i na zewnątrz), a drugi z tworzywa sztucznego. Obie mają warstwę izolacyjną powietrza lub próżni.
Nie potrzebuję termometru, żeby powiedzieć mi, że stalowy jest znacznie lepszy w utrzymywaniu chłodu / gorącej cieczy niż plastikowy. Gdy woda w kubkach ma blisko 90 ° C, nie czuję ciepła, kładąc rękę na stalowym (tak samo jak termos), podczas gdy plastikowy czuje się prawie jak spalanie.
Jednak stale przewodzą ciepło znacznie lepiej niż tworzywa sztuczne (przewodność cieplna większa o około jeden rząd wielkości). Dlatego intuicja podpowiada mi, że metalowy kubek powinien być mniej wydajny niż plastikowy, aby utrzymać chłód / ciepło, ale wydaje się, że jest odwrotnie!
Czego mi brakuje?
Dodaję zdjęcia dwóch kubków. Na przezroczystej widać szczelinę izolacyjną. Myślę, że jest to zamknięta przestrzeń, więc nie powinno być żadnego przepływu powietrza między nią a otoczeniem.
Oto drugie zdjęcie:
OK, jak dotąd dwie podane odpowiedzi wymieniają dwa różne powody. Po pierwsze, pomiędzy dwiema plastikowymi powierzchniami w przezroczystym kubku może znajdować się powietrze, a w stalowej próżni. Powietrze ma przewodność cieplną około $ 3 \ times 10 ^ {- 2} \, \ frac {\ mathrm {W}} {\ mathrm {Km}} $ , więc przewodność cieplna powinna wynosić około $ 3 \ times 10 ^ {- 2} \, \ frac {\ mathrm {W}} {\ mathrm {Km}} \ times \ text {surface area} / (5 \ times10 ^ {- 3} \ mathrm {m}) $ dla szczeliny powietrznej $ 5 \, \ mathrm {mm} $ span >. Więc $ 6A \, \ frac {\ mathrm {W}} {\ mathrm {Km ^ 2}} $ .
W przypadku promieniowania $ P = A \ sigma \ varepsilon (T ^ 4-T_ \ text {pokój} ^ 4) \ około A \ varepsilon \, 462 \, \ mathrm {W} / \ mathrm {m.} ^ 2 $ . Ta stal nie jest polerowana, więc jej emisyjność prawdopodobnie nie jest tak niska jak 0,1, ale dla uproszczenia przyjmijmy ją jako zero. I 1 dla plastiku, aby uzyskać rzędy wielkości. Wygląda na to, że promieniowanie może odgrywać większą rolę (odpowiedź powinna składać się z liczb!) W wysokich temperaturach. Ale przy niższych różnicach temperatur (gdy ciecz częściowo się ochłodzi), przewodnictwo może odgrywać większą rolę.
Zatem liczby zatykania dla różnicy temperatur 80 ° C, straty promieniowania wynoszą około 460 W / m ^ 2, podczas gdy przewodzenie przez powietrze około 480 W / m ^ 2. W komentarzach powiedziano mi, że konwekcja powietrza również powinna przenosić więcej ciepła, stąd dochodzę do wniosku, że nawet przy „wysokich” temperaturach przewodzenie przez powietrze może odgrywać większą rolę. Przy różnicach temperatur poniżej 60 ° C, rola promieniowania powinna zmniejszać się szybciej niż przewodzenie, ze względu na 4. zależność mocy od temperatury.
Zwracam uwagę, że przewodność cieplną powietrza wziąłem przy 1 atm. Jeśli powietrze ma niższe ciśnienie, to przypuszczam, że przewodność cieplna byłaby niższa iw takim przypadku promieniowanie może odgrywać większą rolę w wysokich temperaturach.