Умная кружка держит напиток при правильной температуре

История эта началась на рождественской ярмарке в баварском Розенхайме. Пара друзей дегустировала глинтвейн и всё время расстраивалась: горячительное было или обжигающим, или уже холодным. Тогда-то наши герои задумали раз и навсегда решить "проблему глинтвейна", а заодно и всех других напитков, требующих для достижения наилучшего вкуса строго оптимальной температуры.

Неизвестно, чем кончился бы данный мозговой штурм, если бы двое "дегустаторов" были сапожником и портным, допустим. Но они были физиками. Первый — Клаус Зедльбауер (Klaus Sedlbauer), глава института строительной физики Фраунгофера (Fraunhofer-Institut f?r Bauphysik), второй — его коллега Герберт Зиннесбихлер (Herbert Sinnesbichler).

Для того чтобы глинтвейн долгое время оставался при "верной" температуре, можно было бы, конечно, приспособить миниатюрный нагреватель с батарейкой и простенькой схемой для контроля. Но авторам будущей "умной кружки" хотелось найти решение попроще и подешевле вроде самонагревающейся банки с кофе или самоохлаждающейся банки с пивом.

Скрытая теплота плавления – секрет работы ряда обыденных вещей вроде солевых грелок-аппликаторов (фото с сайта wikipedia.org).
Скрытая теплота плавления – секрет работы ряда обыденных вещей вроде солевых грелок-аппликаторов (фото с сайта wikipedia.org).

Ключом к мечте двух немцев оказались материалы с изменением фазы (phase change material — PCM), хорошо знакомые Клаусу и Герберту по их профильной деятельности — стройматериалам, хотя PCM используются куда более широко: от пищевой, к слову, промышленности до космической техники.

Строго говоря, практически любой материал меняет фазу при достаточном нагреве, охлаждении или изменении давления. Но PCM — это целая группа веществ и смесей, смена между твёрдым и жидким состоянием у которых происходит в удобной для длинного ряда областей применения температурной зоне.

В строительстве PCM задействуют для создания комфортных условий внутри зданий. Капсулы с такими составами внедряют в стены и потолки, которые накапливают излишки тепла днём (на солнце), отдавая его ночью. Блоки с PCM иногда ставят как аккумуляторы холода для оптимизации работы систем кондиционирования. Капсулы с PCM ныне вплетают даже в зимние куртки и спортивные костюмы, дабы стабилизировать температуру внутри на приятном уровне.

А работают материалы PCM очень просто. При остывании, дойдя до температуры начала кристаллизации, они начинают выделять скрытую теплоту плавления, долгое время не позволяя себе и контактируемым с ними предметам охладиться ниже этой отметки. До тех пор пока не затвердеет последняя капля PCM. При нагреве всё происходит в обратном порядке — температура чудо-состава не поднимется выше точки плавления, пока не расплавятся последние остатки в порции такого "теплового" аккумулятора.

Профессор Зедльбауер рассказывает, что компаньоны проверили различные конструкции кружек и рассчитали оптимальное соотношение заданной температуры, физических параметров наполнителя, теплопроводности стенок и внутренних деталей (фото Fraunhofer IBP).
Профессор Зедльбауер рассказывает, что компаньоны проверили различные конструкции кружек и рассчитали оптимальное соотношение заданной температуры, физических параметров наполнителя, теплопроводности стенок и внутренних деталей (фото Fraunhofer IBP).

На единицу объёма PCM могут хранить до 14 раз больше тепловой энергии, чем горячая вода или кирпичная кладка. Но главное — разнообразие этого класса материалов позволяет произвольно подобрать температуру работы, ту самую, которую PCM будут "изо всех сил" стараться поддерживать на одном уровне. А уж что нужно будет греть — не так уж и важно.

"Горячие напитки, кофе или чай, лучше всего употреблять при 58 градусах Цельсия, — говорит Зедльбауер. — Для того чтобы достичь этой температуры и поддерживать её, мы наполняем кружку PCM, который становится жидкостью ровно при 58 градусах". Конечно, PCM с напитком не должны контактировать напрямую, так что кружку пришлось сделать с двойными стенками и дном. Но новинка от Клауса и Герберта — не просто два вложенных один в другой цилиндра.

Полость между стенками содержит множество изогнутых лент из материала с высокой теплопроводностью (алюминий, но может быть и иной металл), между ними залит отобранный изобретателями PCM (нечто похожее на воск). А внешние стенки кружки её авторы решили покрыть тонким слоем дополнительной теплоизоляции — пластиком и/или керамикой, дабы быть уверенными, что PCM будет отдавать энергию напитку, а не воздуху, и ценное содержимое сосуда начнёт заметно остужаться только после того, как весь PCM отработает свою задачу.

Схема начинки теплорегулирующей кружки (иллюстрация Fraunhofer IBP).
Схема начинки теплорегулирующей кружки (иллюстрация Fraunhofer IBP).

Итак, действие кружки начинается после того, как в неё залили кипяток (только что заваренный чай, к примеру, или чрезмерно подогретый глинтвейн). Тепло от жидкости начинает быстро переходить к PCM, в результате чего слишком горячий чай остывает, а PCM плавится.

Однако при "попытке" дальнейшего охлаждения с чаем происходит удивительная метаморфоза — медленно застывающий PCM теперь уже отдаёт забранное ранее тепло, удерживая содержимое кружки точно на отметке 58 °C. "В идеальных обстоятельствах, — утверждает Зедльбауер, — оптимальная температура может поддерживаться в течение 20-30 минут".

Зиннесбихлер же добавляет, что аналогичную технологию можно применить для чаш, в которых подают мороженое, или для кружек, предназначенных для холодных напитков. Только для каждого продукта должна быть своя "стабилизирующая" кружка. Герберт поясняет, что пиво вкуснее всего при плюс 7 градусах, а мороженое — при минус 12. "Так что вы должны сделать чашки или кружки, которые заполнены материалом PCM, плавящимся именно при этих температурах".

Ничего не напоминает? Да ведь традиционные кубики со льдом в бокале с коктейлем — тот же PCM, стремящийся удержать температуру напитка до тех пор, пока весь не растает. Да и "Ледяной медведь" с его двумя тоннами замороженной воды по сути – то же самое. PCM просто могут быть более эффективными и ещё позволяют "настраивать" себя.

Учёные всячески испытывали своё творение, чтобы убедиться, что оно работает точно так, как и задумано. Но удалось ли им из "умной кружки" попить глинтвейн – история умалчивает (фото Fraunhofer IBP).
Учёные всячески испытывали своё творение, чтобы убедиться, что оно работает точно так, как и задумано. Но удалось ли им из "умной кружки" попить глинтвейн – история умалчивает (фото Fraunhofer IBP).

"Интеллигентная чашка для кофе" — достойное дополнение к кружке, которая сама размешивает кофе, или ёмкости, которая позволяет пить кофе в невесомости. А учитывая сравнительную простоту конструкции и доступность PCM — потенциально массовое.

Пара любителей глинтвейна не берётся судить, какова окажется цена на такую необычную посуду. Но немецкие физики уже вели переговоры с рядом промышленных компаний. "Если мы сможем найти партнёра для совместной работы, первые серийные кружки могут появиться в продаже уже к концу этого года", — утверждает Зедльбауер.


Коды для вставки в блог\форум



Вспомним другие новости из этого раздела?


Наука и техника

←+Ctrl+→

Интересные новости
Будем добывать на месте: «лунный» реголит полностью разложили на металл и кислородБудем добывать на месте: «лунный» реголит полностью разложили на металл и кислород
Экс-сотрудники SpaceX и Blue Origin печатают ракеты на 3D-принтере. Подняли $140 млн, один из инвесторов — Джаред ЛетоЭкс-сотрудники SpaceX и Blue Origin печатают ракеты на 3D-принтере. Подняли $140 млн, один из инвесторов — Джаред Лето
20 украинских вузов вошли в рейтинг лучших университетов Восточной Европы20 украинских вузов вошли в рейтинг лучших университетов Восточной Европы
“Вояджеры” измерили скорость звука и давление в открытом космосе“Вояджеры” измерили скорость звука и давление в открытом космосе
NASA устроило показ лунных модNASA устроило показ лунных мод
Блок рекламы


Похожие новости

Ученые установили, что пиво - самый вредный напиток для печениУченые установили, что пиво - самый вредный напиток для печени
Наблюдаемая Вселенная содержит не менее двух триллионов галактик - астрономыНаблюдаемая Вселенная содержит не менее двух триллионов галактик - астрономы
Создана «умная» футболка, меняющая цвет при загрязнении воздуха (ВИДЕО)Создана «умная» футболка, меняющая цвет при загрязнении воздуха (ВИДЕО)
Пищевой пластик содержит токсичное для мозга вещество - исследованиеПищевой пластик содержит токсичное для мозга вещество - исследование
Новый материал способен восстанавливаться при температуре 37 градусовНовый материал способен восстанавливаться при температуре 37 градусов
Подтверждено: создан сверхпроводник, работающий при «земной» температуреПодтверждено: создан сверхпроводник, работающий при «земной» температуре
Умная раковина Robo-Washer экономит водуУмная раковина Robo-Washer экономит воду
«Умная» крышка для пакета с молоком«Умная» крышка для пакета с молоком
Новая инфракрасная визуализация успешно работает при комнатной температуреНовая инфракрасная визуализация успешно работает при комнатной температуре
Stridalyzer – «умная» стелька, предохраняющая от травмStridalyzer – «умная» стелька, предохраняющая от травм
Последние новости

Подгружаем последние новости