刍论热水瓶中隐含的物理“奥秘”

的 日常用 品 ， 其瓶胆 为双层 玻璃 瓶胆 ， 两层 之 间 抽成 真空状 态 ， 并镀 银或 铝等 材质 ， 盛在 里面 的 热水温 度可 以保持 一定 时间 内 不变 ， 简 单而 实用 。 一 只小小 的 热水瓶 带给 了生 活 巨大 便利 ， 同时也让 人好 奇 ：
性质 ， 无法保 证瓶 内温度 与外界 温度 隔绝 ， 瓶 内温 度很便发 生变化 。 经 过几天 思
向上压 力 在双重 作用 下增大 当瓶 内压 力快 速大 于瓶 外压力 和软 瓶塞 力时 ， 膨
胀 了的空 气和热 的水蒸 气就 把热 水瓶塞 顶 出来 ， 压 强 也越大 ， 气 体对 木塞 的顶 撞作 用 也就越 强 ， 木 塞就 跳得 越高 。 为避 免跳 塞现 象 ， 在 向 热水瓶 灌 入热 开水 时， 想 办法让 热水 瓶 内外 的压 强相 等 即可 。 同理 ， 如 果冬天 热水瓶 内灌人 开水 （ 未满） ， 过一 段时 间后瓶 内水 变凉 了 ， 水
科 学论 坛
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刍论 热 水 瓶 中 隐含 的物 理 “ 奥秘”
罗豪 豪
（ 黔南 民族 师范 学 院 ５ ５ ８ ０ ０ ０ ）
［ 摘 要］ 热水 瓶起 源于 “ 杜瓦瓶” ， 给 日常生 活带 来 了巨大 便利 。 文 中针对 热水 瓶 的保温 、 空瓶胆 嗡 嗡声 、 瓶塞 弹 跳 、 瓶胆 沸水 烫 不易 裂等 物理 现象 ， 从 物理 学 知识 的的 角度 ， 探讨 了热水 瓶 现象 中隐含 的物 理 “ 奥 秘” ， 以期对 物理 知识 学 习有所 帮 助 。 ［ 关键 词】 热水 瓶 物 理 现象 保 温 原理 瓶塞 弹跳 奥秘 中图分 类号 ： Ｇ ２ ６ ９ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） ２ ２ — ０ ０ ２ ７ ２ —０ １ ０
来 的温度 。 重新 制作 的真空 瓶即“ 杜瓦瓶 ” ， 使得盛 在里 面的液体 不论冷 、 热 温度
瓶里 的压 强大 幅度 减小 ， 结果 外界 的大气压 大于 内部 气压 ， 也 会发 生软瓶 塞很
难拔 出的现象 。 四、 瓶胆 沸水 烫 ， 不 容易炸 裂 冬天 ， 玻璃杯 或 者玻璃 茶壶 之类容 器 ， 往里 倒沸水 ， 经 常会 炸裂 ， 而热水 瓶 瓶胆 哪怕 是用上 十年 ， 反 复冲入上 万 次的沸水 ， 也基 本不会 出这 种现象 ， 这里 面
它为什 么能够保 温 、 空瓶 胆何来 嗡嗡声 、 瓶塞 弹跳 现象 ， 瓶 胆沸水 烫不 易炸裂 等 问题 。 为此 ， 本文 从热 水瓶起 源谈 起 ， 探讨 热水 瓶 中隐含 的物理 “ 奥秘” ， 这 对物 理知 识学 习大 有裨 益 。
一
这种 现象 多发 生在 向热水瓶 灌 刚烧开 的热水 时 （ 未满 ） ， 究其 原 因 ： 盖软 瓶 塞过程 中 ， 瓶 内的刚烧 开 的热水储存 热量大 ， 水分 子活动剧 烈 ， 化为气 体的水 分
子很 是活 跃 ， 大量 的水蒸 气 冒出跑 出来 ， 同时瓶 口部 位 的一股冷 空气 陆续地 钻 进瓶 中 ， 此 时盖紧软 瓶寨 ， 这部分 冷空气 如 同水一 样有 热胀冷 缩的性质 ， 遇 到热 开水 体积就 会飞 快地膨 胀 ， 同 时热开水 热量 迅速 释放 ， 使 部分水 分子 由液 态转 变为 气态形 式 ， 而同质量 的物质 （ 水） ， 气 态所 占的体积 远远大于 液态 ， 对瓶 塞 的
考， 杜 瓦决 定请玻 璃技 师伯格 为 他吹制 一个 双层玻 璃容 器 ， 并抽掉 两 层玻璃 之
间的空气 ， 从 而依靠真 空杼 陛起 到 防止冷 热对流传导 的 目的。 然而 ， 新 制成 的玻
璃瓶 装入 液态 氢 ， 并加 盖一个 塞 子后 ， 温度 很快 便变化 了。 杜 瓦继 续缜密 思索 ， 发 现有 一种 因素 即热的辐 射 影响 了保 温 ， 于 是他 在 真空 的隔 层里 涂上 了一 层 银， 使 容器 壁好 像镜子 一样 ， 能把热 射线 反射 回去 ， 以便 阻断 热辐 射的通 路 。 这 样， 传 热的 三条 通道 即对 流、 传导、 辐射 都被 堵住 ， 瓶 内胆则 较长 时 间保 持着 原
一
隐藏着什 么 物理学 知识 呢 ？ 究其原 因 ， 主要 存在三 个方面 ： ①厚 玻璃与 薄玻璃 的区别 ： 普通 的玻璃杯 或 者 玻璃 茶壶 之类容 器 ， 玻璃 的厚度 较大 ， 其 内外 壁受热 膨胀 程度 不 同步 且差 别 也 较大 ， 受 热不均 匀产 生的 内应力 很容 易使 它破裂 ； 而热水 瓶瓶胆 几 乎全部 采
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热水瓶： 为 实验而 生
１ ８ ９ ２ 年， 苏格 兰物 理学 家 詹姆 斯 ・ 杜瓦（ Ｊ ａ ｍｅ ｓ Ｄ ｅ ｗａ ｒ ） 第一 次在 一 ２ ４ ℃的 低温 下 ， 使压 缩氢 气变成 液体— —液态 氢 。 为了保 存这些液 态氢 ， 杜 瓦开始着 手 研制 一种 能保 持温 度的瓶 子来 储存 液态 氢。 但是 ， 普通 的玻 璃瓶 本身 具有传 热
均 能保 持 一定 时 间内不变 ， 终于 达到 了实 验要 求 。 １ ９ ０ ４ 年， 德 国人 柏格 看到 “ 杜 瓦瓶 ” 的潜 在市 场 ， 便将 这种 玻璃容 器 的专利 买下， 重新 起名 为“ 瑟莫斯 ” ， 准 备市 场销 售 。 同时 ， 他 考虑 到玻璃 瓶胆 很容易 碎 裂， 于 是用 镍 制造 外壳 ， 用 来保护 瓶 胆 。 当年 ， 柏 格的Ｔ ＨＥ Ｒ ＭＯ Ｓ 公司制 造 了第
引 言
比灌满 至瓶 口多保 温５ —７ 小时， 这巧 妙利 用 了瓶 内水的 热量 向瓶 口传 递 ， 空气 的传热 系数 远小 于 水 的传热 系数 。 然而 ， 没 灌满 开水 的 热水 瓶 ， 把 软瓶 塞 刚塞 上， 常常 会“ 噗” 的一声 跳 了出来 ， 而且 软瓶 塞盖 得越 紧 ， 上跳得 越厉 害 ， 这是 为