ترمس حراري

الترمس المفرغ من الهواء (المعروف أيضًا باسم قارورة ديوار أو زجاجة ديوار أو الترمس ) هو وعاء تخزين عازل يُبطئ من سرعة تغير درجة حرارة محتوياته. فهو يُطيل بشكل كبير الفترة التي تبقى فيها محتوياته أسخن أو أبرد من محيطه، وذلك من خلال محاولة الحفاظ على درجة حرارة ثابتة قدر الإمكان. اخترعه جيمس ديوار عام ١٨٩٢، ويتكون الترمس المفرغ من الهواء من قارورتين ، إحداهما داخل الأخرى وموصولة عند العنق. يتم تفريغ الفراغ بين القارورتين جزئيًا من الهواء، مما يُنشئ فراغًا شبه تام يُقلل بشكل كبير من انتقال الحرارة بالتوصيل أو الحمل الحراري . وعند استخدامه لحفظ السوائل الباردة، فإنه يمنع تكثف الرطوبة على السطح الخارجي للقارورة بشكل شبه كامل.

تُستخدم الترمسات الحرارية في المنازل لحفظ المشروبات ساخنة أو باردة لفترات طويلة، كما تُستخدم في الطهي الحراري . وتُستخدم الترمسات الحرارية أيضاً لأغراض صناعية عديدة.

صُممت القارورة المفرغة من الهواء واخترعها العالم الاسكتلندي جيمس ديوار عام 1892 نتيجةً لأبحاثه في مجال التبريد، وتُعرف أحيانًا باسم قارورة ديوار تكريمًا له. أثناء إجراء تجارب لتحديد الحرارة النوعية لعنصر البلاديوم ، صنع ديوار حجرة نحاسية أحاطها بحجرة أخرى للحفاظ على البلاديوم عند درجة الحرارة المطلوبة. ^{[ 1 ]} قام بتفريغ الهواء بين الحجرتين، مما أدى إلى خلق فراغ جزئي للحفاظ على استقرار درجة حرارة المحتويات. رفض ديوار تسجيل براءة اختراع لاختراعه؛ مما سمح للآخرين بتطوير القارورة باستخدام مواد جديدة مثل الزجاج والألومنيوم ، وأصبحت أداة مهمة للتجارب الكيميائية، بالإضافة إلى كونها عنصرًا منزليًا شائعًا . ^{[ 1 ]}

سرعان ما تحوّل تصميم ديوار إلى منتج تجاري عام 1904، عندما اكتشف اثنان من نافخي الزجاج الألمان ، راينهولد برجر وألبرت آشنبرينر، إمكانية استخدامه لحفظ المشروبات الباردة باردة والساخنة دافئة، فابتكرا تصميمًا أكثر متانة للقارورة، مناسبًا للاستخدام اليومي. ^{[ 2 ] [ 3 ]} لم يُسجّل تصميم قارورة ديوار كبراءة اختراع، لكن الرجلين الألمانيين اللذين اكتشفا الاستخدام التجاري للمنتج أطلقا عليه اسم "ثيرموس" ، ثم طالبا بحقوق المنتج التجاري والعلامة التجارية للاسم. وفي محاولته اللاحقة للمطالبة بحقوق الاختراع، خسر ديوار دعوى قضائية لصالح الشركة. ^{[ 4 ]} شهد تصنيع قارورة ثيرموس وأداؤها تحسينات وتطويرات كبيرة على يد المخترع والتاجر النمساوي غوستاف روبرت بالين، الذي صمّم أنواعًا مختلفة للاستخدام المنزلي، وحصل على براءات اختراع لها، ووزّعها على نطاق واسع من خلال شركات ثيرموس في الولايات المتحدة وكندا والمملكة المتحدة، والتي اشترت تراخيص لأسواقها الوطنية. أنشأت شركة American Thermos Bottle Company خط إنتاج ضخم في نورويتش، كونيتيكت ، مما أدى إلى انخفاض الأسعار وتسهيل توزيع المنتج على نطاق واسع للاستخدام المنزلي. ^{[ 2 ]} ومع مرور الوقت، وسّعت الشركة أحجام وأشكال ومواد هذه المنتجات الاستهلاكية، التي كانت تُستخدم في المقام الأول لحمل القهوة أثناء التنقل وحمل السوائل في رحلات التخييم للحفاظ عليها ساخنة أو باردة. وفي نهاية المطاف، أنتجت شركات أخرى منتجات مماثلة للاستخدام المنزلي.

أصبح مصطلح "الترمس" اسمًا شائعًا للأواني الحرارية بشكل عام. اعتبارًا من عام 2023لا تزال كلمتا Thermos و THERMOS علامة تجارية مسجلة في بعض البلدان، بما في ذلك الولايات المتحدة، ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} ولكن تم إعلان كلمة "thermos" الصغيرة علامة تجارية عامة بموجب إجراء قضائي في الولايات المتحدة في عام 1963. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

تتكون الترمس الحراري من وعاءين، أحدهما داخل الآخر ومتصلان عند العنق. يُفرغ الفراغ بين الوعاءين جزئيًا من الهواء، مما يُحدث فراغًا جزئيًا يقلل من انتقال الحرارة بالتوصيل أو الحمل الحراري . يمكن تقليل انتقال الحرارة بالإشعاع الحراري عن طريق طلاء أسطح الترمس المواجهة للفراغ بالفضة ، لكن قد يُصبح ذلك مُشكلة إذا كانت محتويات الترمس أو البيئة المحيطة به ساخنة جدًا؛ لذا، عادةً ما تُحفظ محتويات الترمس الحراري في درجات حرارة أقل من درجة غليان الماء. يحدث معظم انتقال الحرارة عبر عنق الترمس وفتحته، حيث لا يوجد فراغ. تُصنع الترمس الحراري عادةً من المعدن أو زجاج البوروسيليكات أو الرغوة أو البلاستيك ، وتُسد فتحتها بالفلين أو البولي إيثيلين. غالبًا ما تُستخدم الترمس الحراري كحاويات شحن معزولة .

في بعض الأحيان، لا تستطيع القوارير الحرارية الكبيرة جدًا أو الطويلة جدًا تحمل وزنها الداخلي بالكامل من عنقها فقط، لذا يتم توفير دعم إضافي بواسطة فواصل بين الغلاف الداخلي والخارجي. تعمل هذه الفواصل كجسر حراري، مما يقلل جزئيًا من خصائص العزل للقارورة حول منطقة تلامس الفاصل مع السطح الداخلي.

تعتمد العديد من التطبيقات التكنولوجية، مثل أجهزة الرنين النووي المغناطيسي (NMR) والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ، على استخدام قوارير مفرغة مزدوجة. تحتوي هذه القوارير على قسمين مفرغين من الهواء. تحتوي القارورة الداخلية على الهيليوم السائل ، بينما تحتوي القارورة الخارجية على النيتروجين السائل، ويفصل بينهما قسم مفرغ من الهواء. وبهذه الطريقة، يتم الحد من فقدان الهيليوم الثمين.

وتشمل التحسينات الأخرى التي أُدخلت على القارورة المفرغة من الهواء درع الإشعاع المبرد بالبخار وعنق القارورة المبرد بالبخار ، ^{[ 11 ]} وكلاهما يساعد على تقليل التبخر من القارورة.

في المختبرات والصناعة، تُستخدم القوارير المفرغة من الهواء غالبًا لحفظ الغازات المسالة (عادةً النيتروجين السائل الذي تبلغ درجة غليانه 77 كلفن) للتجميد السريع، وتحضير العينات، وغيرها من العمليات التي تتطلب خلق أو الحفاظ على درجة حرارة منخفضة للغاية. تُستخدم القوارير المفرغة الأكبر حجمًا لتخزين السوائل التي تتحول إلى غاز عند درجات حرارة أقل بكثير من درجة حرارة الغرفة، مثل الأكسجين والنيتروجين ؛ في هذه الحالة ، يؤدي تسرب الحرارة إلى داخل القارورة شديد البرودة إلى غليان بطيء للسائل، مما يستدعي وجود فتحة ضيقة غير مسدودة، أو فتحة مسدودة محمية بصمام لتخفيف الضغط ، لمنع تراكم الضغط وتسببه في تحطم القارورة. يُسهم عزل القارورة المفرغة من الهواء في غليان بطيء للغاية، وبالتالي تبقى محتوياتها سائلة لفترات طويلة دون الحاجة إلى معدات تبريد .

استُخدمت القوارير المفرغة من الهواء لحفظ الخلايا القياسية وثنائيات زينر المُسخّنة ، بالإضافة إلى لوحات الدوائر المطبوعة الخاصة بها، في أجهزة تنظيم الجهد الدقيقة المستخدمة كمعايير كهربائية. ساعدت القارورة في التحكم بدرجة حرارة ثنائي زينر على مدى فترة زمنية طويلة، واستُخدمت لتقليل تباينات جهد الخرج لمعيار زينر الناتجة عن تقلبات درجة الحرارة إلى بضعة أجزاء في المليون.

من أبرز استخدامات هذه التقنية ما قامت به شركة غيلدلاين إنسترومنتس الكندية في خلية ترانسفولت القياسية المشبعة، طراز 9154B، وهي خلية قياسية لقياس الجهد الكهربائي. في هذه الخلية، وُضعت قارورة مفرغة مطلية بالفضة داخل غلاف عازل من الرغوة، ثم حُفظت الخلية المشبعة باستخدام سدادة زجاجية كبيرة مفرغة من الهواء. بلغ جهد خرج الجهاز 1.018 فولت، وحُفظ ضمن نطاق أجزاء قليلة من المليون.

إن مبدأ عمل القارورة المفرغة من الهواء يجعلها مثالية لتخزين أنواع معينة من وقود الصواريخ، وقد استخدمتها ناسا على نطاق واسع في خزانات الوقود لمركبات إطلاق ساتورن في الستينيات والسبعينيات. ^{[ 12 ]}

استُخدم تصميم وشكل قارورة ديوار كنموذج للتجارب البصرية ، انطلاقًا من فكرة أن شكل الحجرتين مع الفراغ بينهما يُحاكي طريقة سقوط الضوء على العين. ^{[ 13 ]} كما استُخدمت القارورة المفرغة من الهواء في تجارب أخرى، حيث عملت كمكثف لمواد كيميائية مختلفة للحفاظ على درجة حرارتها ثابتة. ^{[ 14 ]}

تُعدّ قارورة ديوار الصناعية أساسًا لجهاز يُستخدم لعزل الشحنات الطبية بشكل سلبي. ^{[ 15 ] [ 16 ]} معظم اللقاحات حساسة للحرارة ^{[ 17 ] [ 18 ]} وتتطلب نظام سلسلة تبريد للحفاظ عليها في درجات حرارة مستقرة قريبة من درجة التجمد. يستخدم جهاز أركتيك ثمانية قوالب ثلج سعة لتر واحد لحفظ اللقاحات عند درجة حرارة أقل من 10 درجات مئوية . ^{[ 19 ]}

في صناعة النفط والغاز، تُستخدم قوارير ديوار لعزل المكونات الإلكترونية في أدوات تسجيل الآبار السلكية . ^{[ 20 ]} يتم تحديث أدوات التسجيل التقليدية (المصممة لتحمل درجات حرارة تصل إلى 350  درجة فهرنهايت) لتتوافق مع مواصفات درجات الحرارة العالية عن طريق وضع جميع المكونات الإلكترونية الحساسة داخل قارورة ديوار. ^{[ 21 ]}

تُعدّ القوارير الحرارية عرضةً لخطر الانفجار الداخلي ، وقد تتحطم الأوعية الزجاجية المُفرّغة من الهواء بشكلٍ مفاجئ. تُشكّل الشقوق والخدوش والكسر بدايةً لتلف الوعاء بشكلٍ خطير، خاصةً عند تغيّر درجة حرارته بسرعة (عند إضافة سائل ساخن أو بارد). يُنصح بتحضير قارورة ديوار الحرارية بشكلٍ صحيح عن طريق تلطيفها قبل الاستخدام للحفاظ على أدائها الأمثل. عادةً ما تُثبّت القوارير الحرارية الزجاجية في قاعدة معدنية، ويُغلّف الجزء الأسطواني بشبكة أو ألومنيوم أو بلاستيك لتسهيل حملها وحمايتها من التلف المادي، ولاحتواء الشظايا في حال انكسارها.

بالإضافة إلى ذلك، فإن أوعية التخزين المبردة عادة ما تكون مضغوطة، وقد تنفجر إذا لم يتم استخدام صمامات تخفيف الضغط .

يجب مراعاة التمدد الحراري عند تصميم الترمس المفرغ من الهواء. تتعرض الجدران الخارجية والداخلية لدرجات حرارة مختلفة، وبالتالي تتمدد بمعدلات متفاوتة. قد ينفجر الترمس نتيجةً لهذا الاختلاف في التمدد الحراري بين الجدران الخارجية والداخلية. تُستخدم وصلات التمدد عادةً في الترمس الأنبوبي المفرغ من الهواء لتجنب الانفجار والحفاظ على سلامة الفراغ.

• ختم محكم الإغلاق – ختم مانع لتسرب الهواء 
• واقي الشمس لتلسكوب جيمس ويب الفضائي – نظام التبريد الرئيسي لمرصد الأشعة تحت الحمراء 
• تيرفيس تمبلر - شركة أمريكية لتصنيع أدوات الشرب 
• طريقة الطهي الحراري - طريقة الطهي 
• شركة Yeti Holdings – شركة تصنيع أمريكية 
• صندوق تبريد – صندوق معزول يستخدم لحفظ الطعام أو الشراب بارداً 

• بورغر، ر.، براءة اختراع أمريكية رقم 872,795 ، "وعاء مزدوج الجدران مع مساحة للفراغ بين الجدران"، 3 ديسمبر 1907.
• سيلا، أندريا (أغسطس 2008). "قارورة ديوار" . عالم الكيمياء : 75. تاريخ الاسترجاع : 30 أغسطس 2008 .

• الوسائط المتعلقة بقوارير التفريغ الحراري على ويكيميديا ​​كومنز