探究保溫瓶內水溫降低快慢與瓶塞，氣柱長度的關系

徐楷湲

【摘要】 保溫瓶是我們日常生活中不可或缺的一件物品，作為我們日常生活息息相關的物品，其保溫性能倍受關注。那么對于我們個人而言如何能提高其保溫性能，使瓶內熱水溫度降低得更慢一點呢？為了解決這個問題，本文通過在日常生活中很容易做到的：使用不同的瓶塞，改變盛水時液面與瓶塞的距離兩方面來探究如何能使瓶內水溫度降低得更慢點。

【關鍵詞】 保溫瓶 溫度變化 空氣柱

【中圖分類號】 G633.7 【文獻標識碼】 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現保溫瓶里的熱水放置幾天后溫度會明顯降低。根據所學的物理知識可以對其簡單的解釋，正如在學習物理的過程中我們知道“靜止是相對的，運動是絕對的”，保溫瓶的保溫性能也是相對的，這取決于其內膽的制作工藝，瓶塞材質，保溫瓶容量等。

保溫瓶的保溫性能不同會導致水的溫度降低的快慢不同，一次在網上看到“在往保溫瓶里倒水時倒滿溫度降低得相對慢一些；而另外一種觀點則認為應該留一點間隙溫度降低得慢。”鑒于這兩種觀點都沒有足夠的證據，而又勾起了我的興趣，便決定對這一問題進行研究，探究水溫降低的快慢與那些因素有關。

分析問題

很多人都知道保溫瓶中起保溫作用的只要是內膽和瓶塞，但水溫降低快慢也可能與保溫瓶的容量，裝水的多少有關系。保溫瓶的內膽保溫的原理是將兩層瓶壁間氣體抽去，形成一個真空的空腔減少由熱傳遞造成的熱量損失，在內壁鍍有一層銀，將水的熱輻射反射回起到保溫作用。這些難以進行研究，只能寄希望于制造商們對其改進。由于家中只有一種規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，其速率并非定值，所以用相同時間內溫度降低的平均速率代替。

數據符號說明

t0—起始溫度

t1—9.5小時后測得溫度

t2—14小時后測得溫度

t3—19.5小時后測得溫度

t4—23.5小時后測得溫度

t5—23.5小時后測得溫度

t—平均溫度

本文數據在平均室溫10～15攝氏度的條件下測得。由于水是熱的不良導體，剛倒入瓶里的水的溫度不太均衡，所以測量起始溫度時已將保溫瓶靜置半個小時后瓶內較深部分的水溫。

本文假設

假設一：在其他條件相同的條件下，質地較硬的瓶塞（不易吸水）保溫性能較好。

假設二：瓶內留有的空氣柱越長保溫瓶內水溫降低的速率越快。

表格數據與分析

表一：在保持保溫瓶內氣柱長度相同的條件下，水溫隨時間變化表格數據

分析表一數據我們可以發現瓶塞的質地對溫度降低快慢的影響不明顯。

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

即質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厘米時相同時間間隔水溫降低多少表格數據

表三：

表四：

表五：

表六：

通過對表2～表6的數據分析可以發現，瓶塞相同時，瓶塞與液面的距離越大（即瓶內空氣柱長度越長時），瓶內水溫下降的速率也會增大。

結論

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

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

體會與不足

一：在剛開始收集數據時，發現數據之間差異很大，發現是由于水是熱的不良導體，剛開始測的溫度不太準確導致，后來就采用靜置半小時再測量的方法減小誤差。在這個過程掌握了測量水溫的方法。

二：數據精確度不高，沒有找到相關公式定量計算。

三：在探究瓶塞與液柱之間距離對水溫變化的影響時存在第二個自變量，即瓶內水量的減少。水量的變化對結果的影響較復雜，個人知識、條件有限，難以進行研究。但在分析每兩個相鄰數據時，水量變化較小，對結果影響也較小。所以本文結論總體上是可靠的。