Посудина Дьюара – охоронець холоду

Посудина Дьюара – це дідусь сучасних термосів. Сьогодні немає проблем зі збереженням необхідних продуктів тривалий час при певній температурі. Причиною для подібного винаходу судини послужило те, що у фізиків не було можливості протягом якогось часу зберігати гази в рідкому стані. Посудина Дьюара для рідкого азоту був саме тим винаходом, яке успішно вирішив проблему. І, як це завжди буває, знахідка для наукових робіт знайшла своє застосування в побуті.

Історія

Так звана посудина Дьюара починає свою історію з 1881 року. Німецький вчений Адольф Фердинанд Вейнхольд розробив перший контейнер, який використовувався для зберігання скрапленого газу. Він представляв собою скляний ящик, має подвійні стінки. Особливістю конструкції було те, що з межстеночного простору повітря откачивался. У такому посуді можна було зберігати рідкий кисень. Винахідник назвав посудину «пляшкою Вайнхольда». У 1892 р. шотландський хімік і фізик сер Джеймс Дьюар вніс у конструкцію А. Ф. Вейнхольда деякі удосконалення. Скляний ящик змінив форму і став колбою з вузьким горлом, що дозволило значно скоротити випаровування рідини. Крім того, за вказівкою Дьюара було посеребрено міжстінний простір. Вперше був отриманий і збережений не тільки рідкий, але і твердий водень.




Перша демонстрація відбулася на публічній лекції в січні 1893 року, а масове виробництво судин було розпочато в 1904 році. Фірма Thermos GmbH (Німеччина) була заснована для виготовлення термосів, вона і взялася за впровадження винаходу для комерційних цілей.

Принцип дії

Як же працює посудину Дьюара? Пристрій апарату вражає своєю геніальною простотою: скляний або металева колба, має подвійні стінки, між якими відкачано повітря. Така система значно зменшує теплопровідність стінок. Залишився дуже незначна кількість молекул повітря переносить до вмісту посудини Дьюара температуру навколишнього середовища. Така залишкова теплопровідність провокує постійне і поступове випаровування рідкого газу.




Це, в свою чергу, призводить до збільшення тиску всередині ємності. Щоб уникнути неминучого вибуху, апарат забезпечують запобіжним клапаном або його нещільно закривають. На випаровування рідкого азоту нещільно закрита пробка впливає мало. Передача тепла знизу вгору відбувається повільно, а площа отвору в посудині мізерно мала. Таким чином, газ потроху випускається. Втрати речовини незначні, наприклад, один кілограм рідкого повітря за 10 днів при зберіганні втратить всього 4 грами. Такий пристрій дозволяє протягом тривалого часу зберігати і транспортувати газ у рідкому стані, що дуже важливо для сучасної промисловості.

Моделі

У багатьох галузях промисловості посудину Дьюара застосовують для різних цілей. Існують кілька моделей:

серія Х, ХТ, LD – алюмінієві, горловина склопластикова, застосовуються для перевезення і зберігання рідкого азоту і біоматеріалів;

серія СК, СДП – зі склопластиковою горловиною, виготовлені з алюмінію, застосовуються для транспортування, зберігання невеликої кількості рідкого азоту;

серія СДС – алюмінієві, горловина склопластикова застосовуються для транспортування і зберігання біоматеріалів;

вертикальні (обсяг 28-660 літрів) – виготовлені з нержавіючої сталі, застосовуються для транспортування і зберігання закису азоту рідкого азоту, вуглекислоти, аргону, кисню;

горизонтальні – виконані з нержавіючої сталі, служать для зберігання рідкого азоту.

Крім того, освоєно випуск величезних залізничних і автомобільних цистерн. Є і спеціально обладнані кораблів, що перевозять великі партії зрідженого газу.

Застосування

Посудину Дьюара широко застосовується в сучасних галузях господарювання. Найчастіше використовують апарат:

у побуті – для тривалого зберігання напоїв, продуктів харчування (термоси);

в промисловості, лабораторіях – для збереження рідкого азоту та інших криожидкостей;

у ветеринарії та медицині – для зберігання біологічного матеріалу;

в геофізиці – для роботи в гарячих свердловинах (у посудину поміщають кристали та електронні компоненти).

Вартість

В даний час на ринку представлені найрізноманітніші марки та різновиди термосів. Невеликі побутові вироби використовують для продуктів харчування або рідини (чай, кава). Ціна в залежності від обсягу матеріалу і марки виробника може коливатися від 5 до 50. На порядок вище вартість тих судин, які використовуються в промислових масштабах і називаються посудину Дьюара. Ціна визначається обсягом і якістю виготовлення. Хороший, на великий обсяг апарат може коштувати кілька сотень доларів:

модель Х-40СП (Харківського заводу транспортного устаткування, Україна) – 650 $;

модель L2050 (Cryo Diffusion, Франція) – 1050 $;

модель ХТ-3 (Taylor-Wharton, Словаччина) – 220 $.

Цистерни, автомобільні або залізничні, для транспортування кріогенних рідин, коштують десятки тисяч доларів.