Изворни код странице Termos

[[File:Thermos.JPG|thumb|upright|Tipični dizajn vakuumskog flaska [[Thermos L.L.C.|Termos brenda]], koji se koristi za održavanje temperature fluida kao što je [[kafa]].]]
[[File:Dewargefäß Deutsches Museum.jpg|thumb|upright|Laboratorijski Djuarov flask, [[Deutsches Museum|Nemački muzej]], Minhen]]
[[File:Vacuum Dewar Flask.svg|thumb|upright|Dijagram vakuumskog flask]]
[[File:Liquid nitrogen tank.JPG|thumb|upright|[[cryogenic storage dewar|Kriogenski skladišni djuar]] za [[liquid nitrogen|tečni azot]], koji se koristi za snabdevanje [[Cryopreservation|kriogenih zamrzivača]]]]

'''Termos''' (takođe poznat kao ''vakuumski flask'', ''Djuarov flask'' ili ''Djuarova boca'') je [[thermal insulation|izolovana]] posuda za skladištenje koja znatno produžava vreme tokom koga njen sadržaj ostaje topliji ili hladniji od okruženja. Ovu posudu je izumeo [[Džejms Djuar|Ser Džejms Djuar]] 1892. godine. Vakuumski flask se sastoji od dve posude, postavljene jedna u drugu i spojene na vratu. Iz razmaka između dve posude je delimično ispražnjen vazduh, čime se stvara sredina bliska [[vakuum]]u koja značajno smanjuje prenos toplote [[heat conduction|kondukcijom]] ili [[convection|konvekcijom]].

Vakuumski flaskovi se koriste u domaćinstvu, kako bi [[Пиће|pića]] održala vruća ili hladna tokom dužeg vremenskog razdoblja, i za mnoge svrhe u industriji.

== Istorija ==
[[File:Gustav R. Paalen, Double Welled Vessel 1909.png|thumb|Gustav Robert Palenova posuda sa dvostrukim zidom, 1. patent od 27. juna 1908, koji je objavljen 13. jula 1909]]
Vakuumski flask je dizajnirao i izumeo škotski naučnik [[James Dewar|Ser Džejms Djuar]] 1892. godine. To je bio ishod njegovih istraživanja u polju [[cryogenics |kriogenike]] i stoga se ova posuda ponekad naziva Djuarov flask u njegovu čast. Dok je izvodio eksperimente određivanja [[Специфична топлота|specifične toplote]] elementa [[paladijum]]a, Djuar je napravio mesinganu komoru koju je zatvorio u drugu komoru da zadrži paladijum na željenoj temperaturi.<ref name="Soulen">{{cite journal |last=Soulen|first=Robert |title=James Dewar, His Flask and Other Achievements |journal=Physics Today|volume=49|number=3|date=mart 1996 |pages=32–37 |doi= 10.1063/1.881490 |bibcode = 1996PhT....49c..32S }}</ref> On je evakuisao vazduh između dve komore, stvarajući delimični vakuum da bi održao temperaturu sadržaja stabilnom. Kroz potrebu za ovim izolovanim kontejnerom Džejms Djuar je stvorio vakuumski flask, koji je postao značajan alat za hemijske eksperimente, a takođe je postao uobičajeni predmet u domaćinstvu. Boca je kasnije razvijena koristeći nove materijale kao što su [[staklo]] i [[aluminijum]]; međutim, Djuar je odbio da patentira svoj izum.<ref name="Soulen"/>

Djuarov dizajn je brzo transformisan u komercijalni predmet 1904. godine, kada su dva nemačka duvača stakla, Rajnhold Burger i Albert Ašenbrener, otkrili da se može koristiti za održavanje temperature hladnih i toplih napitaka.<ref name="Thermos">{{cite web|publisher=Thermos, LLC|title=Our History|year=2011|accessdate=31. 3. 2013|url=http://www.thermos.com/history.aspx|archive-date=28. 05. 2013|archive-url=https://web.archive.org/web/20130528020038/http://www.thermos.com/history.aspx|url-status=dead}}</ref><ref>{{Cite web
 |title       = James Dewar, the man who invented the thermos flask
 |url         = http://www.bbc.co.uk/history/0/21835405
 |publisher   = BBC History
 |date=2. 4. 2013
 |url-status=dead
 |archiveurl  = https://web.archive.org/web/20140504200248/http://www.bbc.co.uk/history/0/21835405
 |archivedate=4. 5. 2014
 |df          = 
}}</ref> Dizajn Djuarovog flaska nije bio patentiran, ali ga je Nemac koji je otkrio komercijalnu primenu preimenovao u „[[Thermos L.L.C.|termos]]”, i naknadno potraživao prava na komercijalni proizvod i zaštitni znak za ime. U svom kasnijem pokušaju da uspostavi prava na izum, Djuar je izgubio sudski spor protiv kompanije.<ref>{{cite web |url=http://www.chemistryexplained.com/Co-Di/Dewar-James.html |title=Dewar, James - BRITISH CHEMIST AND PHYSICIST  |author=Frank A. J. L. James  |date= |work= |publisher= Advameg, Inc. |accessdate=30. 12. 2010}}</ref> Proizvodnju i performanse termos boce značajno je poboljšao i usavršio bečki izumitelj i trgovac Gustav Robert Palen, koji je dizajnirao različite tipove termosa za domaćinstvo, koje je takođe patentirao i široko distribuirao, putem svojih kompanija termos boca u SAD i Kanadi. Ime je kasnije postalo [[generic trademark|generički brend]] nakon što je termin „termos” postao ustaljeni naziv za takav kontejner za tečnost.<ref name="Thermos"/> Vakuumski flask je našao primenu u mnoštvu različitih tipova naučnih eksperimenata, i komercijalni „termos” je pretvoren u zajedničku stavku. „Termos” ostaje [[Registered trademark symbol|registrovana robna marka]] u nekim zemljama, ali je proglašen generičnom robnom markom sudskim postupkom u Sjedinjenim Američkim Državama 1963. godine, budući da je postao kolokvijalni sinonim za vakuumske boce u opšte smislu.

== Dizajn ==

Vakuumski flask se sastoji od dve posude, jedna postavljena u drugu i spojene na vratu. U prostoru između dva suda je delimično evakuisan vazduh, čime se stvara parcijalni [[vakuum]] koji smanjuje [[Thermal conduction|provođenje]] toplote ili [[convection|konvekciju]]. Prenos toplote [[Топлотно зрачење|toplotnim zračenjem]] može se minimizovati [[silvering|posrebrenjem]] površine boce koja je okrenuta prema praznini, ali to može postati problematično ako je sadržaj boce ili okruženje veoma vruće; zbog toga vakuumske boce obično drže sadržaj ispod tačke ključanja vode. Najveći deo prenosa toplote se odvija kroz vrat i otvor flaska, gde nema vakuuma. Vakuumske boce obično su izrađene od [[metal]]a, [[borosilicate glass|borosilikatnog stakla]], [[foam|pene]] ili [[Plastika|plastike]], a njihovi otvori se [[Пампур|zatvaraju]] [[Плута|plutom]] ili polietilenskom plastikom. Vakuumske boce se često koriste kao [[insulated shipping container|izolovani transportni kontejneri]].

Nekoliko tehnoloških aplikacija, kao što su [[NMR]] i [[Магнетна резонантна томографија|MRI]] mašine, oslanja se na upotrebu dvostrukih vakuumskih boca. Ovi flaskovi imaju dve vakuumske sekcije. Unutrašnja posuda sadrži tečni [[helijum]], a spoljašnja boca sadrži tečni azot, sa vakuumskom sekcijom između njih. Gubitak dragocenog helijuma je ograničen na ovaj način.

Druga poboljšanja vakuumske boce uključuju ''parom hlađeni radijacioni štit'' i ''parom hlađeni vrat'',<ref>{{cite web |url=http://www.cryogenicsociety.org/resources/cryo_central/history_of_cryogenics/ |title=History of Cryogenics: A Cryo Central resource from the CSA |publisher=Cryogenicsociety.org |date=18. 4. 2008 |accessdate=29. 11. 2012 |archive-date=27. 03. 2018 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180327202832/https://www.cryogenicsociety.org/resources/cryo_central/history_of_cryogenics/ |url-status=dead }}</ref> oba od kojih pomažu da se smanji isparavanje iz boce.

== Istraživanje i industrija ==
{{see also-lat|Kriogeni skladišni djuar}}

U laboratorijama i industriji, vakuumski flaskovi se često koriste za držanje utečnjenih gasova (često LN2) za trenutno zamrzavanje, pripremu uzoraka i druge procese u kojima se potrebno održavanje ekstremno niskih temperatura. Veće vakuumske boce čuvaju tečnosti koje postaju gasovite na znatno nižim temperaturama od ambijentske, kao što su [[kiseonik]] i [[azot]]; u ovom slučaju curenje toplote u ekstremno hladnu unutrašnjost boce dovodi do polaganog isparavanja tečnosti tako da je potreban uski nezaštićeni otvor, ili zatvoreni otvor zaštićen [[Relief valve|ventilom za ublaženje pritiska]], da se spreči rast [[pritisak|pritiska]] i eventualno pucanje boce. Izolacija vakuumske boce dovodi do vrlo sporog vrenja i tako sadržaj ostaje tečan duže vrimena bez [[refrigeration|rashladne]] opreme.

Vakuumske boce su korišćene za smeštanje [[Weston cell|standardnih ćelija]] i [[Зенер диода|Zenerove diode]], zajedno sa njihovom štampanom pločama, u preciznim uređajima za regulaciju napona koji se koriste kao električni standardi. Boca je pomogla u kontroli Zenerove temperature tokom dugog vremenskog perioda i korišćena je da se smanje varijacije izlaznog napona Zenerovog standarda usled temperaturnih fluktuacija do nekoliko delova na milion.

Princip vakuumske boce čini ih idealnim za skladištenje određenih vrsta raketnog goriva. [[NASA]] ih je intenzivno koristila za pogonske rezervoare Saturnovih lansirnih vozila tokom 1960-ih i 1970-ih.<ref>Cortright, Edgar. "Apollo Expeditions to the Moon." Official NASA publications. 1975.</ref>

Dizajn i oblik Djuarove boce korišćen je kao model za [[Optika|optičke]] eksperimente zasnovane na ideji da je oblik dva odeljka sa prostorom između njih sličan načinu na koji svetlost udara u oko.<ref>{{cite journal | last1 = Haynes | first1 = John | last2 = Scott | first2 = Jesse | year = 1948 | title = A Method for Silvering a Dewar Flask for Optical Experiments | url = | journal = Science | volume = 107 | issue = 2777| page = 301 | doi=10.1126/science.107.2777.301| bibcode = 1948Sci...107..301H }}</ref> Vakuumski flask je takođe bio deo eksperimenata u kome je korišten kao kondenzator različitih hemikalija kako bi se održale na konstantnoj temperaturi.<ref>{{cite journal | last1 = Elliot | first1 = Willard | year = 1970 | title = A Spectrophotometric Dewar Flask with Integral Light Shield | url =https://archive.org/details/sim_public-health-reports_1970-03_85_3/page/276| journal = Public Health Reports | volume = 85 | issue = 3| pages = 276–279 | doi=10.2307/4593845| pmc = 2031665}}</ref>

Industrijski Djuarov flask je osnova za uređaj koji se koristi za pasivno izolovanje medicinskih pošiljki.<ref>{{cite web|url=https://www.wired.com/2013/06/how-to-design-a-life-saving-device|title=This Revolutionary Cooler Could Save Millions of Lives|date=18. 6. 2013|work=WIRED}}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.fiercevaccines.com/story/gates-backed-device-extends-cold-chain-rural-areas/2013-07-18|title=Gates-backed device extends cold chain to rural areas|work=FierceVaccines|access-date=17. 07. 2019|archive-url=https://web.archive.org/web/20160306173837/http://www.fiercevaccines.com/story/gates-backed-device-extends-cold-chain-rural-areas/2013-07-18|archive-date=06. 03. 2016|url-status=dead}}</ref> Većina vakcina je osetljiva na toplotu<ref>{{cite journal|title=Frequent exposure to suboptimal temperatures in vaccine cold-chain system in India: results of temperature monitoring in 10 states| pmc=3845272 | pmid=24347729 |doi=10.2471/BLT.13.119974 |volume=91|year=2013|pages=906–13 | last1 = Murhekar | first1 = MV | last2 = Dutta | first2 = S | last3 = Kapoor | first3 = AN | last4 = Bitragunta | first4 = S | last5 = Dodum | first5 = R | last6 = Ghosh | first6 = P | last7 = Swamy | first7 = KK | last8 = Mukhopadhyay | first8 = K | last9 = Ningombam | first9 = S | last10 = Parmar | first10 = K | last11 = Ravishankar | first11 = D | last12 = Singh | first12 = B | last13 = Singh | first13 = V | last14 = Sisodiya | first14 = R | last15 = Subramanian | first15 = R | last16 = Takum | first16 = T | journal=Bulletin of the World Health Organization}}</ref><ref>{{cite journal|title=Evaluation of the Cold-Chain for Oral Polio Vaccine in a Rural District of India| pmc=1802111 | pmid=17236617|volume=122|year=2007|pages=112–21 | last1 = Samant | first1 = Y | last2 = Lanjewar | first2 = H | last3 = Parker | first3 = D | last4 = Block | first4 = L | last5 = Tomar | first5 = GS | last6 = Stein | first6 = B | doi=10.1177/003335490712200116 | journal=Public Health Reports}}</ref> i neophodno je održavanje sistema [[cold chain|hladnog lanca]] da bi se održale stabilnim, blizu temperatura smrzavanja. Uređaj Arktek koristi osam litarskih blokova leda za držanje vakcina ispod 10 [[Celsius|°-{C}-]].<ref>{{cite web|url=http://arktek.org/news-detail.html|title=ARKTEK|publisher=|access-date=17. 07. 2019|archive-date=11. 03. 2016|archive-url=https://web.archive.org/web/20160311052133/http://arktek.org/news-detail.html|url-status=dead}}</ref>

== Termodinamika ==

Brzina gubitka toplote (energije) kroz vakuumski flask može se termodinamički analizirati, počevši od drugog {{nowrap|''T''&thinsp;''dS''}} odnosa:<ref>{{cite web |url=https://ecourses.ou.edu/cgi-bin/ebook.cgi?doc=&topic=th&chap_sec=06.2&page=theory |title=Thermodynamics eBook: ''TdS'' Relations |access-date=17. 07. 2019 |archive-date=21. 06. 2018 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180621143310/https://ecourses.ou.edu/cgi-bin/ebook.cgi?doc=&topic=th&chap_sec=06.2&page=theory |url-status= }}</ref>

:<math>\begin{align}
T\,dS &= dH - V\,dP \\

T_\text{surr} \,\Delta S &= mc_\mathrm{p} \,\delta T - V\,dp
\end{align}</math>

Pretpostavljajući konstantan pritisak tokom procesa,

:<math>T_\text{surr} \Delta S = c_\mathrm{p} \left ( T_{\mathrm{b}'} - T_\mathrm{c} \right )</math>

Preuređivanje jednačine u smislu temperature spoljašnje površine unutrašnjeg zida vakuumske boce,

:<math>T_{\mathrm{b}'} = T_\mathrm{c} + \frac{T_\text{surr} \Delta S}{c_\mathrm{p}}</math>

Gde

* -{''T''<sub>surr</sub>}- je temperatura okolnog vazduha
* -{Δ''S''}- je promena specifične [[entropy|entropije]] nerđajućeg čelika
* -{''c''<sub>p</sub>}- je specifični [[heat capacity|toplotni kapacitet]] nerđajućeg čelika
* -{''T''<sub>c</sub>}- je temperatura tečnosti sadržane u flasku
* -{''T''<sub>b′</sub>}- je temperatura spoljašnje površine unutrašnjeg zida vakuumskog flaska

Sada razmotrimo opšti izraz za gubitak toplote usled zračenja:

:<math>Q'_0  = A \varepsilon \sigma \left ( T^4 -T_0^4 \right )</math>

U slučaju vakuumskog flaska,

:<math>Q'_0  = A_\text{in} \varepsilon _\text{ss} \sigma \left ( T_{\mathrm{b}'}^4 - T_\text{surr}^4 \right )</math>

Zamenom ranijeg izraza za -{''T''<sub>b′</sub>}-,

:<math>Q'_0 = A_\text{in} \varepsilon _\text{ss} \sigma \left ( \left ( T_c + \frac{T_\text{surr} \Delta S}{c_p} \right )^4 - T_\text{surr}^4 \right )</math>

Gde
* -{''Q''′<sub>0</sub>}- je brzina transfera toplote radijacijom kroz vakuumsku porciju flaska
* -{''A''<sub>in</sub>}- je površina spoljne strane unutrašnjeg zida boce
* -{''ε''<sub>ss</sub>}- je [[emissivity|emisivnost]] nerđajućeg čelika
* ''σ'' je [[Stefan–Boltzmann constant|Stefan–Bolcmanova konstanta]]

Pod pretpostavkom da su spoljašnja površina unutrašnjeg zida i unutrašnja površina spoljnog zida vakuumske boce obložene poliranim srebrom da bi se smanjili gubici toplote usled zračenja, može se reći da je brzina apsorpcije toplote unutrašnje površine spoljašnjeg zida jednaka apsorpcionoj moći poliranog srebra pomnožena toplotom koju zrači spoljašnja površina unutrašnjeg zida,

:<math>\alpha Q'_0 = Q'_\text{in}</math>

Da bi se održao energetski bilans, toplota izgubljena kroz spoljnu površinu spoljašnjeg zida mora biti jednaka toploti koju apsorbuje unutrašnja površina spoljašnjeg zida,

:<math>Q'_\text{in} = Q'_\text{out}</math>

Pošto je apsorptivnost poliranog srebra ista kao i njegova emisivnost, može se napisati

:<math>Q'_\text{out} = \varepsilon _\text{ss} Q'_0</math>

Mora se uzeti u obzir i brzinu gubitka toplote kroz poklopac vakuumske boce (pod pretpostavkom da je izrađen od polipropilena, ubične plastike) gde nema vakuuma unutar materijala. U ovoj oblasti, prisutna su tri načina prenošenja toplote: [[Thermal conduction|kondukcija]], konvekcija i zračenje. Zbog toga je brzina gubitka toplote kroz poklopac,

:<math>\begin{align}
Q'_\text{lid} &= Q'_\text{cond} + Q'_\text{conv} + Q'_\text{rad} \\

&= kA_\text{lid} \left ( \frac{T_\mathrm{b} - T_\text{surr}}{\Delta x} \right ) + hA_\text{lid} \left (T_\mathrm{b} - T_\text{surr} \right ) + A_\text{lid} \varepsilon _\text{pp} \sigma \left ( \left (T_\mathrm{c} + \frac {T_\text{surr} \Delta S_\text{pp}}{c_\mathrm{p}^\text{pp}} \right )^4 - T_\text{surr}^4 \right )
\end{align}</math>

Gde
* -{''k''}- je termalna konduktivnost vazduha
* -{''h''}- je konvektivni koeficijent toplotnog transfera slobodnog vazduha
* -{''ε''<sub>pp</sub>}- je emisivnost polipropilena
* -{''A''<sub>lid</sub>}- je spoljašnja površina poklopca
* -{''c''}-{{su|b=p|p=pp}} je specifični toplotni kapacitet polipropilena
* -{Δ''S''<sub>pp</sub>}- je specifična entropija polipropilena
* -{Δ''x''}- je rastojanje na kojem se odvija kondukcija kroz temperaturnog gradijenta

Izraz za ukupnu brzinu gubitka toplote je suma brzine gubitka toplote kroz zidove vakuumske boce i brzine gubitka toplote kroz poklopac,

:<math>Q'_\text{total} = Q'_\text{out} + Q'_\text{lid}</math>

gde se zamenjuje svaki od izraza za svaku komponentu u jednačini.

Brzina generisanja entropije ovog procesa se takođe može izračunati, počevši od balansa entropije:

:<math>\Delta S_\text{system} = S_\text{in} - S_\text{out} + S_\text{gen}</math>

Napisano u obliku brzine,

:<math>\Delta S'_\text{system} = S'_\text{in} - S'_\text{out} + S'_\text{gen}</math>

Pod pretpostavkom procesa u stabilnom stanju,

:<math>\begin{align}
-\int \frac{1}{T_\text{surr}}\,dQ' + S'_\text{gen} &= 0 \\

\Rarr S'_\text{gen} &= \frac{Q'_2 - Q'_1}{T_\text{surr}}
\end{align}</math>

Pošto se u sistem ne dodaje toplota,

:<math>S'_\text{gen} = \frac{Q'_\text{total}}{T_\text{surr}}</math>

== Reference ==
{{reflist}}

== Literatura ==
{{Литература}}
* Burger, R., {{US patent|872795}}, ''"Double walled vessel with a space for a vacuum between the walls,"'' December 3, 1907.
* {{cite journal | author = Sella, Andrea | title = Dewar's Flask | journal = Chemistry World |date=avgust 2008 | page = 75 | url = http://www.rsc.org/chemistryworld/Issues/2008/August/DewarsFlask.asp | accessdate=30. 8. 2008 }}
{{Литература крај}}

== Spoljašnje veze ==
{{Commons category-lat|Vacuum flasks}}

{{Laboratorijski pribor-lat}}
{{Authority control-lat}}

[[Категорија:Криогеника]]
[[Категорија:Вакуум]]
[[Категорија:Кухињско посуђе]]