真空の驚異的な技術

私は最近、カフェインを調達するために頻繁にダンジョンを離れる必要がないように、祖父が所有していた 50 年前の真空密閉フラスコを使い始めました。 私のサイドデスクに置いても非常に素晴らしく見えるだけでなく、少なくとも私が知る限り、これはまだ新品同様に機能します。それは私よりも古いものです。

もちろん、家庭内では魔法瓶としてよく知られている真空シールフラスコが正確にどのように機能するのか、またどのように発明されたのかについて疑問に思いました。 真空シールフラスコは驚くほど古い技術です。 スコットランドの化学者サー・ジェームス・デュワーによって初めて発明され、1892 年に王立研究所に提出されました。6 年後、彼は水素を初めて液化した人物となり、極低温学の創始者とみなされます。

当時、ガスの液化は高価なプロセスであり、ガスをできるだけ長く流体状態に保つことが重要でした。 デュワー卿のフラスコは、保温の役割の多くを担うほぼ真空によって分離された 2 つのフラスコで構成されていました。 真空中は熱が伝わらないため、内容物はフラスコの外にある場合よりもはるかに長い時間その温度に留まります。

これらの容器は、コーヒーを温かく保ったり、お茶を冷やしたりする以外にもたくさんの用途があります。 これらは、体液や組織の保存から電力の測定、天気の記録、飛行機の上昇率の検出に至るまで、産業、科学、医療の分野で広く使用されています。 真空シールフラスコは、超電導磁石を冷却するために MRI 装置でも使用されます。 そして、それらは今でも液化ガスを液体に保つために使用されています。

なぜ真空フラスコは保温効果が高いのでしょうか？ 熱損失を説明するには、対流、伝導、放射、蒸発という 4 つの主な方法があるため、それは見方によって異なります。

上部から始めて、ぴったりとフィットする蓋がチャンバーを密閉し、対流と蒸発の両方による熱伝達を防ぎます。 内側のフラスコと外側のフラスコの間がほぼ真空になるため、対流による熱損失がさらに防止されます。

フラスコの薄い壁は、広げたアルミホイルを 1 枚オーブントースターに入れ、好きな高さに設定し、ブラートヴルストのパンが焼けたら素手で引き出すのと同じように、熱伝導を防ぎます。 薄い壁は質量が少ないため、容器内の液体から熱を伝導しません。

フラスコがガラスで裏打ちされていた頃、フラスコには放射線による熱の損失を防ぐ銀のコーティングが施されていました。 人々は魔法瓶を落とすたびに交換することにうんざりしていたので、今日のフラスコは代わりに鋼で裏打ちされている可能性がはるかに高くなります。

21 世紀から振り返ると、ホット アプリケーションとクール アプリケーションの両方が同時に考えられたと思われがちですが、そうではありません。 真空シールフラスコは、ジェームス・デュワー卿が長期の温度維持に初めて取り組んだものではありませんでした。 彼は物理学者で同胞のピーター・テイトとともに、約20年前に物質を保温するための真空断熱ゴブレットを開発していた。 液化ガスを冷たく保つことを目的としたデュワー卿の真空シールフラスコは、熱いゴブレットよりもはるかに細い口を持ち、放射による熱損失を防ぐ銀のコーティングで覆われていました。

デュワー卿は短気なことで有名でした。 彼はコーダイトの特許をめぐってアルフレッド・ノーベルと喧嘩をし、真空シールフラスコの特許を取得しなかった。 彼のガラス吹き職人の 1 人、ラインホルト・バーガー氏は、もう一人のガラス吹き職人アルバート・アッシェンブレナー氏とともに、フラスコが乳児用ミルクを数時間保温できることを発見し、その商業的可能性を認識しました。 彼らは 1904 年に魔法瓶の特許を取得しました。その後、デュワー卿は同社に対する訴訟で敗訴しました。 彼らは彼を発明者として認めましたが、彼は彼の発明の特許を取得していなかったので、彼らは彼らの権利の範囲内にありました。

ここで、熱力学に関する興味深い事実を紹介します。これは私たち [Adam Zeloof] の厚意によるものです。ビールを冷蔵庫で横にして置いた場合、その横にある縦型の缶よりも早く冷えます。 これは、自然対流に関する限り、水平シリンダーの方が垂直シリンダーよりも熱伝達が高いためです。 これは、発泡性のアルコール類に限らず、密閉シリンダー内のあらゆる液体に当てはまります。 したがって、次回ボデガにはパブスト ブルー リボンの温かいケースとクラブ メイトのボトルしか置かれないことを覚えておいてください。 横から冷ましてから真空フラスコに注ぎます。