Kann es in der Theorie eine Thermoskanne geben, die keine Wärme verliert?
Guten Tag,
ich habe mir Gedanken gemacht, ob es theoretisch eine Thermoskanne geben kann, die keine Wärme verliert.
Denn: Soweit ich aus der Physik weiß, wird Wärme ja immer an ein anderes Medium abgegeben. Oder? Das heißt beispielsweise eine heiße Flüssigkeit verliert nur deshalb mit der Zeit an Wärme, weil sie diese an die Umgebung (Luft) abgibt. Deshalb werden ja übliche Thermoskannen auch Doppelwandig hergestellt und zwischen den Wänden herrscht ein Vakuum. Durch dieses Vakuum, kann ja keine Wärme verloren gehen, da überhaupt kein Medium herrscht, an das die Wärme abgegeben wird.
Natürlich weiß ich, dass das innere Gefäß nicht einfach in dem äußeren Gefäß schwebt, weshalb es Verbindungen innerhalb der Thermoskanne geben muss. Alleine am Ausguss der Thermoskanne laufen die Gefäße ja zusammen. Deshalb verliert eine übliche Thermoskanne mit der Zeit auch ihre Wärme, da diese über die Verbindungen an die Umgebungsluft gelangt.
Jetzt zu meiner Frage an die, die sich mit Physik auskennen:
Wir stellen uns eine einfache Flasche mit heißer Flüssigkeit vor. Diese Flasche packe ich in eine größere Flasche und zum Schluss pumpe ich die zwischen den Flaschen liegende Luft heraus (Vakuum). Nun gibt es keinerlei Verbindungen und auch der Ausguss bietet keine Kontaktmöglichkeit mehr. (Mir ist bewusst, dass die Flasche nun frei herumfliegt und eigentlich schon ein Kontakt zwischen den Flaschen herrscht, da ja die innere Flasche auf die äußere Flasche "fällt", aber das soll in dem Experiment vernachlässigt werden. Es soll davon ausgegangen werden, dass keinerlei Kontakt zwischen den Flaschen herrscht.)
Würde dann die Flüssigkeit mit der Zeit ihre Temperatur verlieren?
Man würde meinen ja, aber eigentlich ist da ja nichts, an das die Temperatur abgegeben werden kann. Oder habe ich einen Physikalischen Einfluss vergessen.
Verzeiht mir wenn diese Frage komplett unsinnig ist, aber sie kam mir gerade in den Kopf und ich hoffe jemand der sich mit Wärmestrahlung oder dergleichen auskennt, kann mir diese Frage beantworten.
Vielen Dank im Voraus.
7 Antworten
Wenn Du ein perfektes Vakuum zwischen den Wänden hast und die innere Flasche kontaktlos in der Schwebe halten kannst (es geht ja nur um ein Gedankenexperiment), und obendrein die Wände ideal (also 100% Reflektion über alle Lichtwellenlängen, insbesondere im IR, hinweg) verspiegelt sind, dann verlierst Du tatsächlich keine Wärme.
Eine gute Überlegung! Wir unterscheiden in der Wärmeübertragung die Wärmeleitung und die Wärmestrahlung.
Wärmestrahlung versucht man durch verspiegelte Wände zu reduzieren. Wärmeleitung, ja, die kann durch eine schebende (z.B. über Magnete gehaltene) Flasche unterbunden werden. Aber leider ist die Strahlung nicht aufzuhalten.
Raumfahrzeuge haben keine Wärmeleitung nach außen, dennoch müssen sie beheizt werden, denn über die Außenwände -die erwärmen sich über Wärmeleitung und Wärmestrahlung- strahlt das Fahrzeug in den Raum ab.
Unsere Erde befindet sich im luftleeren Raum . . . auch sie würde ohne Sonneneinstrahlung komplett auskühlen, selbst wenn zwischen dem Glutkern und dem Außenrand einige 1000 km Gestein liegen
Du hast grundlegend 3 Mechanismen, Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion.
Mit dem Vakuum kannst Du erfolgreich die Konvektion und Wärmeleitung unterbinden, sodenn es keine Verbindung gibt. Praktisch schwierig, das hast Du erkannt. Es gibt aber noch ein Problem, Vakuum heißt dann ein ideales Vakuum, es darf also kein einziges Molekül im Hohlraum verbleiben.
Die Problematik des Energiebdarfs solltest Du Dir hier mal anschauen.
Aber dann wäre da noch die Wärmestrahlung, die zu unterbinden wäre. Praktisch nutzt man dazu eine reflektierende Beschichtung, theoretisch bräuchtest Du etwas, daß Dir einen Reflektionsgrad von 100% bietet, sodaß es selbst keine Wärmestrahlung aufnehmen kann. Diese Reflektionsschicht darf dann aber auch nicht über Konvektion oder Konduktion erreichbar sein.
In der Praxis sind alle diese Überlegungen in das Dewargefäß eingeflossen und haben uns "Thermosflaschen" ermöglich, die eine Angleichung zwischen Innen und Außen auf viele Stunden verzögern.
Wärmetransport findet nicht nur über Kontakt oder Konvektion statt, sondern auch über Strahlung (sonst könnte uns die Sonne nicht wärmen). Die Doppelwände von Thermosflaschen sind weitgehend verspiegelt, um das zu minimieren, aber perfekte Spiegel gibt es nicht, weil sie ja über den ganzen Wellenlängenbereich reflektieren müssten, nicht nur im sichtbaren. Und wenn man in die Flasche etwas einfüllen können will, kann die Doppelwandtrennung nicht vollständug sein.
