Идея сохранить тепло, чтобы использовать его позже, не нова. Грелки и кирпичи у печи работают по этому принципу. Современные материалы делают этот процесс эффективнее. Но как обычное вещество может «впитывать» тепло и отдавать его?
Основа всего — фазовый переход
Секрет многих теплоаккумулирующих материалов кроется в физическом процессе, который вы наблюдали, когда лед тает, а вода закипает. Это называется фазовым переходом — изменением агрегатного состояния вещества.
Представьте себе кусок льда при нуле градусов. Вы начинаете его греть. Температура льда не повышается, пока весь он не растает. Вся подводимая энергия уходит на разрушение кристаллической решетки — на сам процесс плавления. Эта энергия накапливается внутри воды в виде так называемой скрытой теплоты плавления.
Когда процесс идет в обратную сторону — вода замерзает, — эта накопленная энергия выделяется обратно в виде тепла. Температура при этом снова остается постоянной (около нуля), пока вся вода не превратится в лед.
Не только вода
У разных веществ температура фазового перехода разная. Инженеры подбирают материалы с точкой плавления, удобной для бытового использования, например, 50-60 градусов. Часто это специальные соли (например, глауберову соль), парафины или гидраты солей.
Как это используют на практике?
В посуде с подогревом, о которой шла речь ранее, внутри корпуса находится как раз такой материал. Когда вы ставите тарелку в микроволновку, этот материал плавится, поглощая большое количество тепла. После «зарядки» он начинает медленно кристаллизоваться. При кристаллизации выделяется накопленное тепло, которое и греет стенки тарелки, а те, в свою очередь, — пищу.
Прелесть в том, что пока идет процесс кристаллизации, температура материала и, соответственно, посуды остается почти постоянной. Поэтому еда не перегревается и не остывает резко, а долго сохраняет заданную температуру.
Где еще встречается эта технология?
Помимо детской посуды, такие материалы применяют в:
- Электрических грелках длительного действия.
- Накопительных электрообогревателях, которые «заряжаются» ночью по дешевому тарифу, а днем отдают тепло.
- Системах солнечного отопления, где днем тепло запасается, а ночью расходуется.
- Охлаждающих браслетах или повязках (там используется обратный процесс — поглощение тепла при плавлении).
Таким образом, умная физика превращает простое вещество в удобный и эффективный бытовой помощник.