Korisnik:ClanForuma/Vakuumska boca

Tipičan dizajn vakumske boce marke Thermos, koja se koristi za održavanje temperature tečnosti kao što je kafa .

Laboratorijska vakumska boca, Deutsches Museum, München

Dijagram vakum boce

Vakumska boca za skladištenje tečnog azota,

Vakumska boca (također poznata kao termos boca, termosica ili termoska ) je izolacijska posuda za skladištenje, koja značajno produžava vrijeme tokom kojeg njen sadržaj ostaje topliji ili hladniji od okoline. Izumio je Sir James Dewar 1892. godine, Vakumska boca se sastoji od dvije boce, smještene jedna u drugu i spojene na vratu. Prostor između dvije boce je djelimično ispražnjen od vazduha, stvarajući skoro vakuum koji značajno smanjuje prijenos toplote kondukcijom ili konvekcijom. Kada se koristi za držanje hladnih tečnosti, ovo takođe eliminiše i kondenzaciju na spoljnoj strani boce.

Vakumske boce se koriste u domaćinstvu za održavanje napitaka toplim ili hladnim tokom dužeg vremenskog perioda. Vakumske boce se koriste i za mnoge svrhe u industriji.

Istorija

Gustav Robert Paalen, Boca sa dvostrukim zidom. Patent 27. juna 1908, objavljen 13. jula 1909

Vakumsku bocu je dizajnirao i izumio škotski naučnik Sir James Dewar 1892. godine, kao rezultat njegovih istraživanja u oblasti kriogenike, i zbog toga se, u njegovu čast, ponekad naziva i Dewar bocom. Dok je određivao specifičnu toplotu elementa paladijuma, Dewar je napravio mesinganu komoru koju je zatvorio u drugu komoru, kako bi paladijum održao na željenoj temperaturi. On je izvukao vazduh između dvije komore, stvarajući djelimičan vakuum, kako bi održao stabilnu temperaturu sadržaja. Dewar je odbio patentirati svoj izum, a boca, koju su drugi razvili koristeći nove materijale kao što su staklo i aluminij, postala je značajno alat za hemijske eksperimente, a također i uobičajeni kućni predmet.

Dewarov dizajn je pretvoren u komercijalni predmet 1904. godine kada su dva njemačka staklopuhača, Reinhold Burger i Albert Aschenbrenner, otkrili da se može koristiti za održavanje hladnih pića hladnim, a toplih napitaka toplim i razvili su robusniji dizajn boce, koji je bio prikladniji za svakodnevnu upotrebu. Dizajn Dewar boce nikada nije bio patentiran, ali su Nijemci koji su otkrili komercijalnu upotrebu proizvoda nazvali su ga <i id="mwRA">Thermos</i>, a potom su dobili prava na komercijalni proizvod i zaštitni znak na ime. U svom kasnijem pokušaju da zatraži prava na pronalazak, Dewar je umjesto toga izgubio sudski spor od kompanije. Proizvodnju i karakteristike termos boce značajno je poboljšao i usavršio bečki izumitelj i trgovac Gustav Robert Paalen, koji je dizajnirao različite tipove za domaću upotrebu, a koje je patentirao, i široko distribuirao.

Naziv je kasnije postao generički zaštitni znak nakon što je izraz "termos" postao kućni naziv za takvu vakuumsko izolovanu posudu za tečnosti. Vakumska boca se dalje koristila za mnoge različite vrste naučnih eksperimenata, a komercijalni "termos" pretvoren je u uobičajeni predmet. Thermos ostaje registrovani zaštitni znak u nekim zemljama, ali je proglašen generizovanim zaštitnim znakom na sudu u Sjedinjenim Državama 1963. godine, pošto je postao kolokvijalno sinonim za vakumske boce uopšte.

Dizajn

Vakum tikvica se sastoji od dvije posude, jedna je smještena u drugu i spojena na vratu. Razmak između dvije posude je djelomično evakuiran od zraka, stvarajući djelomični vakuum koji smanjuje provodljivost ili konvekciju topline. Prijenos topline toplinskim zračenjem može se minimizirati posrebrenjem površina tikvica okrenutih prema otvoru, ali može postati problematičan ako je sadržaj tikvice ili okolina vrlo vrući; stoga vakum tikvice obično drže sadržaj ispod tačke ključanja vode. Većina prijenosa topline odvija se kroz vrat i otvor tikvice, gdje nema vakuuma. Vakum tikvice se obično izrađuju od metala, borosilikatnog stakla, pjene ili plastike i imaju otvor začepljen plutom ili polietilenskom plastikom. Vakum tikvice se često koriste kao izolirani transportni kontejneri .

Ekstremno velike ili dugačke vakum tikvice ponekad ne mogu u potpunosti poduprijeti unutrašnju tikvicu samo od vrata, tako da dodatnu potporu pružaju odstojnici između unutrašnjeg i vanjskog omotača. Ovi odstojnici djeluju kao toplinski most i djelomično smanjuju izolacijska svojstva tikvice oko područja gdje odstojnik dodiruje unutrašnju površinu.

Nekoliko tehnoloških aplikacija, kao što su NMR i MRI mašine, oslanjaju se na upotrebu dvostrukih vakum tikvica. Ove tikvice imaju dvije vakuumske sekcije. Unutrašnja boca sadrži tečni helijum, a spoljašnja tečni azot, sa jednim vakuumskim delom između. Gubitak dragocjenog helijuma je na ovaj način ograničen.

Ostala poboljšanja na vakuumskoj boci uključuju parom hlađeni štit od zračenja i parom hlađen vrat, od kojih oba pomažu u smanjenju isparavanja iz tikvice.

Istraživanje i industrija

U laboratorijama i industriji, vakum tikvice se često koriste za držanje tečnih plinova (obično tečnog dušika s tačkom ključanja od 77 K) za brzo zamrzavanje, pripremu uzoraka i druge procese gdje je poželjno stvaranje ili održavanje ekstremno niske temperature. Veće vakumske boce pohranjuju tekućine koje postaju plinovite na znatno nižoj temperaturi okoline, kao što su kisik i dušik ; u ovom slučaju curenje toplote u ekstremno hladnu unutrašnjost boce dovodi do sporog ključanja tečnosti tako da je neophodan uski nezačepljeni otvor ili začepljeni otvor zaštićen ventilom za smanjenje pritiska kako bi se sprečilo stvaranje pritiska . i na kraju razbiti bocu. Izolacija vakum boce dovodi do veoma sporog "kuvanja" i samim tim sadržaj ostaje tečan tokom dugog perioda bez rashladne opreme.

Vakumske boce su korišćene za smeštaj standardnih ćelija i Zener dioda u pećnici, zajedno sa njihovim štampanim kolama, u preciznim uređajima za regulaciju napona koji se koriste kao električni standardi. Tikvica je pomogla u kontroli Zenerove temperature tokom dugog vremenskog perioda i korišćena je za smanjenje varijacija izlaznog napona Zenerovog standarda zbog temperaturnih fluktuacija na nekoliko delova na milion.

Jedna značajna upotreba bila je od strane Guildline Instruments iz Kanade u njihovom Transvoltu, modelu 9154B, zasićenoj standardnoj ćeliji, koja je standard za električni napon. Ovdje je posrebrena vakumska boca bila umotana u pjenastu izolaciju i, koristeći veliki stakleni vakuumski čep, držala zasićenu ćeliju. Izlazna snaga uređaja bila je 1,018 volti i držala se na nekoliko dijelova na milion.

Princip vakuumske boce čini ga idealnim za skladištenje određenih vrsta raketnog goriva, a NASA ga je intenzivno koristila u rezervoarima za gorivo Saturn lansirnih vozila 1960-ih i 1970-ih godina.

"Thermofix" vakumska boca iz 1930-ih.

Dizajn i oblik Dewar boce korišteni su kao model za optičke eksperimente na temelju ideje da je oblik dva odjeljka s prostorom između njih sličan načinu na koji svjetlost pada u oko. Vakumska boca je također bila dio eksperimenata koji su je koristili kao kondenzator različitih hemikalija kako bi se održale na konstantnoj temperaturi.

Industrijska Dewar boca je osnova za uređaj koji se koristi za pasivnu izolaciju medicinskih pošiljki. Većina vakcina je osetljiva na toplotu i zahtevaju sistem hladnog lanca da bi se održale na stabilnim temperaturama blizu nule. Arktek uređaj koristi osam blokova leda od jedne litre za držanje vakcina na temperaturi ispod 10 °C .

U industriji nafte i gasa, Dewar tikvice se koriste za izolaciju elektronskih komponenti u alatima za žičanu karotu . Konvencionalni alati za evidentiranje (procijenjeni na 350°F) su nadograđeni na specifikacije za visoke temperature ugradnjom svih osjetljivih elektronskih komponenti u Dewar bocu.

Sigurnost

Vakum tikvice su u opasnosti od implozije, a staklene posude pod vakuumom, posebno, mogu se neočekivano razbiti. Čipovi, ogrebotine ili pukotine mogu biti početna točka za opasan kvar posude, posebno kada se temperatura posude brzo mijenja (kada se dodaje vruća ili hladna tekućina). Savjetuje se pravilna priprema Dewar vakum tikvice kaljenjem prije upotrebe kako bi se održalo i optimiziralo funkcioniranje jedinice. Staklene vakum tikvice se obično ugrađuju u metalnu podlogu s cilindrom koji se nalazi u mreži ili je obložen mrežom, aluminijem ili plastikom kako bi se olakšalo rukovanje, zaštitilo od fizičkog oštećenja i sadržavalo fragmente ako se razbiju. 

Toplotna ekspanzija se mora uzeti u obzir pri projektovanju vakum tikvice. Vanjski i unutrašnji zidovi izloženi su različitim temperaturama i širit će se različitom brzinom. Vakumska boca može puknuti zbog razlike u toplinskom širenju između vanjskih i unutrašnjih zidova. Dilatacijski spojevi se obično koriste u cjevastim vakum tikvicama kako bi se izbjeglo pucanje i održao integritet vakuuma.

Reference

[[Kategorija:Škotski izumi]] [[Kategorija:Kriogenika]] [[Kategorija:Pages with unreviewed translations]]