03.11.20
Wie funktioniert eine Thermoskanne?
Thermoskannen isolieren und halten so die Temperatur im Inneren stabil. Wir zeigen, wie eine Thermoskanne mit drei Prinzipien funktioniert.
Für Pendler, Reisende, Campingfreunde und viele andere sind Thermoskannen eine Bereicherung für den Alltag. Vom morgendlichen Kaffee auf dem Weg zur Arbeit bis hin zu einem leckeren Kaltgetränk an einem heißen Sommertag: Thermoskannen halten kalte und heiße Flüssigkeiten lange konstant auf Temperatur.
Grund dafür ist das Prinzip der Isolation. Der Wärmeaustausch zwischen dem Inneren und Äußeren der Thermoskanne wird so stark verlangsamt, dass auch nach Stunden ein heißer Tee noch angenehm wärmt. Dies funktioniert mit drei Prinzipien: Verspiegelung, Vakuum und Dämmung.
Inhaltsverzeichnis:
Funktion der Thermoskanne: Drei Methoden für konstante Temperaturen
Die drei Prinzipien
Verspiegelung
Vakuum
Dämmung
Drei Methoden für konstante Temperaturen
Die Idee der Thermoskanne geht gleich auf zwei Erfinder zurück. Neben dem deutschen Physiklehrer Adolf Ferdinand Weinhold kam auch James Dewar, Chemiker an der Universität Cambridge, auf die Idee der doppelwandigen Thermoskanne.
Die Grundlage: Wärmeaustausch Eis schmilzt an einem heißen Sommertag, Wasser gefriert an kalten Wintertagen. Das Prinzip des Wärmeaustauschs besagt, dass ein Stoff mit einer höheren Temperatur diese an die kältere Umgebung abgibt.
Die Wärme wird abgestrahlt, bis ein Ausgleich hergestellt wurde - also das kühle Softeis im Sommer zu einer Flüssigkeit zerlaufen ist, die so warm ist wie die Außentemperatur.
Manchmal kann ein intensiver Wärmeaustausch als "Hitzeflimmern" zwischen Luftmassen optisch wahrgenommen werden - so z. B. über einem Weizenfeld oder einer aufgeheizten Autobahn im Sommer.
Die drei Prinzipien
Thermoskanne funktioniert aufgrund von drei Prinzipien Um die Funktion von Thermoskannen zu optimieren, bedient man sich heute der Kombination aus drei verschiedenen Prinzipien. Die Wärmestrahlung muss gleich drei Hürden überwinden.
Verspiegelung
Dewar stellte fest, dass eine Versiegelung der Innenflächen dafür sorgt, dass die Wärmestrahlen reflektiert werden. Auch dies ist praktisch nachvollziehbar: Schwarze Stoffe absorbieren Strahlung sehr stark, weswegen sich schwarze Kleidung an heißen Sommertagen weniger eignet als helle. Weiße Oberflächen heizen sich dagegen nicht intensiv auf, weil sie die Wärme reflektieren.
Da ein Spiegel oder eine polierte metallische Oberfläche so stark reflektieren, dass man sogar das eigene Spiegelbild sehen kann, heizen sie sich am wenigsten auf. Die Wärmestrahlung des Inhaltes der Kanne wird auf den Inhalt selbst reflektiert und nur zu geringen Teilen nach außen abgegeben.
Vakuum
Ein Vakuum herrscht, wo Luft und andere Materie aus einem Raum entfernt wurden. Der Raum ist komplett leer. Physikalisch wurde dieses Prinzip bereits 1657 mit der Magdeburger Halbkugel von Otto von Guericke bewiesen.
Da der Wärmeaustausch von einem Stoff auf den anderen erfolgt und im Vakuum keine Stoffe vorhanden sind, findet also theoretisch auch kein Wärmeaustausch. Das Vakuum in einer Thermoskanne kann allerdings nicht sehr hoch sein, da die umliegenden Trennwände durch den Unterdruck sonst zu stark zusammengezogen würden. Ein gewisser Wärmeaustausch kann also nicht vermieden werden, da Restmaterie vorhanden ist.
Dämmung
Dämmende Materialien sind alle Stoffe, welche die Temperatur nur schlecht übertragen. An einer Thermoskanne befinden sich diese als schützende Außenhülle. Der Wärmeaustausch wird durch die Dämmung nicht nur von innen nach außen, sondern auch von außen nach innen verlangsamt.
Zudem bieten die isolierenden Schichten auch einen Schutz des Vakuums und der spiegelnden Schicht im Innern. Die Thermoskanne wird durch die schützende Außenhülle zum Begleiter im Alltag.
Beste Thermoskannen kombinieren Wirkung Der Wärmeaustausch ist dann gebremst, wenn diese drei Prinzipien zusammenwirken: Spiegelung, Vakuum und Dämmung ergeben in der Summe eine nur schwer zu überschreitende Hürde. Zu einem gewissen Wärmeaustausch kommt es allerdings bei jeder Thermoskanne.
