文章来源：力学科普
原文作者：Dargon
热水瓶，这个日常生活中不可或缺的伙伴，以其保温功能为我们提供了极大的便利。然而，对于很多人来说，热水瓶内胆底部的那个“小揪揪”常常是一个令人困惑的存在。那么，这个“小揪揪”究竟是什么呢？今天，我们就来详细了解一下热水瓶的发展历史以及保温原理，揭开这个 “小揪揪”的神秘面纱。
🔺热水瓶的“小揪揪”
热水瓶的发展历史
在古罗马的遗址中，考古学家们发掘出了一个双层构造的容器，这被认为是迄今为止发现的最早的类似于现代热水瓶的古代物品。早在1643年，意大利科学家们就提出了真空原理，这一理论的提出为后来热水瓶的创造提供了重要的科学基础。1881年，一位英国化学家在单层玻璃容器的表面镀上了一层银，这种创新的设计显著降低了由于热辐射导致的热量损失。
到了1892年，英国的科学家们在科学研究所成功制造出了一种由两层玻璃构成的容器。他们在内层玻璃壁上涂上了银，并巧妙地从两层玻璃之间抽出了空气，这一创新的发明还获得了专利权。这种保温容器的发明者是英国化学家詹姆斯·杜瓦，因此它也被称为“杜瓦瓶”。
🔺保温瓶发明者詹姆斯·杜瓦爵士
1904年，德国的工程师们进一步改进了热水瓶的设计，他们在玻璃容器的外部增加了一层外套，并使用软橡胶或塑料材料封闭瓶口，这样的改进显著提升了保温效果，形成了我们今天所熟知的现代热水瓶。
🔺赵孟頫《斗茶图》
在中国，保温瓶的起源可以追溯到宋代。当时的工匠们使用玻璃制作内胆，并在外层涂上水银。这种早期的保温瓶在形状上与现代的保温瓶已经非常接近，具有宽阔的瓶口、修长的瓶颈以及便于携带的把手。这种珍贵的保温瓶在当时只有皇宫内部才能使用，被视为极其贵重的物品。皇帝甚至将这种保温瓶作为嫁妆，赐予了公主们。
热水瓶的保温原理
热水瓶的保温效果主要依靠其独特的结构设计，这种设计最大限度地减少了热量的传递。首先是热水瓶独特的双层玻璃内胆设计，这两层玻璃之间被抽成了真空状态。根据热力学的第二定律，热量总是自发地从温度较高的物体传递到温度较低的物体。空气作为一种介质，能够传导热量。然而，当保温瓶内胆的内外层之间形成真空时，热量的传递途径就被有效阻断了。
🔺玻璃双层内胆对于保温的作用
此外，保温瓶的双层玻璃表面还覆盖有一层镀银。这层镀银的作用类似于反射热量的镜子，它能够将热量反射回瓶内，从而进一步减少热量的散失。这里的镀银层与普通镜子所用的镀银层相似，但保温瓶内胆的镀银层是密封在真空环境中的，因此不需要像普通镜子那样暴露在空气中，也无需额外的保护漆或其他防护措施。
热水瓶内胆底部的“小揪揪”是什么
这还得从热水瓶的双层玻璃内胆的制造过程说起。保温瓶的内胆是由一种特殊的耐高温材料——钠钙硅盐酸玻璃制成。在高温下，这种原料被熔化成液态玻璃，然后在金属模具中通过吹制工艺形成壁厚仅为1至2毫米的玻璃瓶。在制作过程中，外瓶底部会熔接一根玻璃管，这根管子在后续的工序中发挥着至关重要的作用，它不仅用于抽取内外层之间的空气，还用于镀银工艺。
🔺外瓶底部熔接的玻璃管
在制作外瓶时，会在其上画出记号线，然后加热并沿着这些线切割掉瓶口多余的部分。这些被切掉的玻璃材料可以重新回收利用。接着，将外瓶从中间切开，分为上下两部分，这样做的目的是为了便于将比外瓶小的内瓶放入其中。内瓶的瓶口也需要经过类似的处理，加热后使其变得圆滑。
🔺在制作外瓶时，在其上画的记号线
在内瓶的瓶口粘上石棉垫块，这些垫块在内外瓶之间形成了必要的间隙。将内瓶放入外瓶中后，石棉垫块确保了内外瓶之间留有空隙。然后，将外瓶的上端部分盖回，并对上下两部分进行加热熔接。如果熔接过程中上下部分没有对齐，可能会导致破孔的出现。此外，还需要熔封内外瓶口的间隙，使用模具挤压内瓶口，使其与外瓶口完全融合。
🔺先在石棉垫块上点个胶，然后粘附在内瓶身外
接下来，通过尾管注入纯水，清洗内外瓶间的间隙，然后排出水分。之后，注入镀银液，并加入一定量的化合物溶液作为还原剂，通过尾管灌入瓶胆夹层中，进行银镜反应。这一化学反应将银离子还原并沉积在玻璃夹层表面，形成一层薄薄的镜面银膜。
🔺注入镀银液
最后，从尾管抽出内外瓶间的空气，形成真空状态，并将整个结构加热至300至400摄氏度，以蒸发掉夹层中的水分。接着，熔封玻璃管的尾口，完成双层玻璃内胆的制作。这就是为什么保温瓶内胆底部会有一个凸起，如果这个凸起破碎，双层内胆将无法保持真空状态，保温效果会大打折扣。
🔺玻璃被烧融后一点点地拉扯开，形成了“小揪揪”
热水瓶的“小揪揪”虽然不起眼，但它的存在对于保温瓶的性能至关重要。从杜瓦爵士的发明到现代的多层保温技术，热水瓶的发展见证了科技进步和人类智慧的结晶。
参考文献
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