C’è una vecchia barzelletta che fa più o meno così: un thermos può mantenere le cose calde calde e le cose fredde fredde. Ma come fa a saperlo? La battuta è che chi la racconta non sa come funziona un thermos, ma è una domanda abbastanza comune e non c’è vergogna nel non sapere come funzionano tutti i tuoi utensili da cucina. Inoltre, la risposta è piuttosto interessante. A meno che tu non sia il tipo che pensa che la sezione degli utensili parlanti de La Bella e la Bestia fosse un documentario, sai che i thermos non sanno quando devono mantenere le cose calde o fredde. Quindi la domanda diventa: come fanno i thermos a mantenere le cose calde calde e le cose fredde fredde? È un po’ più facile rispondere, con un po’ di buona vecchia termodinamica.
I thermos sono abbastanza comuni oggi e ampiamente usati per mantenere, ad esempio, i fagioli al forno caldi (sì, siamo una pubblicazione britannica, superalo). Ma come il microonde è stato originariamente inventato per riscaldare criceti morti, i thermos sono emersi da ricerche non legate al cibo. Alla fine del XIX secolo, il chimico e fisico scozzese James Dewar sviluppò una macchina capace di produrre grandi quantità di ossigeno liquido. Il problema era che l’ossigeno liquido bolle a circa -183°C (-297°F), e non c’era modo di mantenerlo freddo abbastanza a lungo per studiarlo.
Stava combattendo la legge della termodinamica (come dovresti), specificamente, la seconda legge, che stabilisce che il calore fluisce sempre dalle aree più calde a quelle più fredde. Sì, sappiamo che la seconda legge dice molto di più, ma quella comprensione del XIX secolo è sufficiente per parlare del dispositivo che mantiene i tuoi fagioli caldi. Il calore si perde nell’ambiente in tre modi: conduzione, convezione e radiazione. La conduzione è il trasferimento di calore che avviene attraverso il contatto diretto e il trasferimento di energia attraverso collisioni tra molecole e atomi. La convezione avviene nei fluidi, poiché il fluido più caldo sale in cima a un sistema e il fluido più freddo affonda, creando correnti convettive. La radiazione, nel frattempo, avviene attraverso onde elettromagnetiche emesse mentre gli atomi si muovono o vibrano.
Quando metti del caffè caldo in una tazza, il calore si perde per conduzione mentre gli atomi all’interno della tua tazza collidono con i lati di essa e con l’aria sopra, trasferendo parte della loro energia. La convezione aiuta ad accelerare le cose, portando il fluido più caldo in cima per essere raffreddato fino a quando la temperatura della tua tazza di atomi non corrisponde all’ambiente circostante. Dewar ha trovato un modo per rallentare significativamente questi processi, anche se nel suo caso era per mantenere un liquido freddo. Nel 1892, ha trovato una soluzione semplice, ma ingegnosa. Ha semplicemente posizionato un’ampolla dentro un’altra, separata da un quasi-vuoto. Lo strato di vuoto impedisce la conduzione e la convezione, mentre all’interno dell’ampolla, ha applicato un materiale riflettente per rallentare la radiazione.
Il sistema rallenta il riscaldamento dei liquidi o dei fagioli all’interno da parte dell’ambiente esterno, o il loro raffreddamento se preferisci i tuoi fagioli caldi. Dewar non ha finito per brevettare il sistema, e ampolle migliorate e più piccole sono presto diventate note con il nome “Thermos” dopo che l’azienda ha ottenuto un brevetto per esso.