热水瓶是人们日常生活中不可或缺的伙伴。它具有优异的保温功能，因而为我们提供了极大的便利。然而，对于很多人来说，热水瓶内胆底部的那个“小揪揪”常常是一个令人困惑的存在。这个“小揪揪”究竟是干什么的呢？今天，我们就来详细了解一下热水瓶的发展历史以及保温原理，从科学角度揭开这个“小揪揪”的神秘面纱。

图1 热水瓶内胆底部的“小揪揪”（图片来源：网络）

    1. 热水瓶的发展简史回顾

在古罗马的遗址中，考古学家们发掘出了一个双层构造的容器，这被认为是迄今为止发现的最早的类似于现代热水瓶的古代物品。直到1892年，才有英国化学家詹姆斯·杜瓦发明并成功制造出了一种由两层玻璃构成的保温容器，被称为“杜瓦瓶”。他们在内层玻璃壁上涂上了银，并巧妙地从两层玻璃之间抽出了空气，这一创新的发明还获得了专利权。这便是现代热水瓶的雏形。当然，这个发明也不是一蹴而就的。早在1643年，意大利科学家们就提出了真空原理，这一理论的提出为后来热水瓶的出现提供了重要的科学基础。随后在1881年，一位英国化学家又在单层玻璃容器的表面镀上了一层银，这种创新的设计显著降低了由于热辐射导致的热量损失。

图2 保温瓶发明者詹姆斯·杜瓦爵士（图片来源：网络）

1904年，德国的工程师们进一步改进了热水瓶的设计。他们在玻璃容器的外部增加了一层外套，并使用软橡胶或塑料材料封闭瓶口，这样的改进显著提升了保温效果，形成了我们今天所熟知的现代热水瓶。

在中国，保温瓶的起源可以追溯到宋代，当时的工匠们发明了一种双层碗，名为“温盘”。它由上下两层瓷构成，上层瓷薄而下层瓷厚，中间是空的，通过在盘子两侧的顶部穿一至两个圆孔注入热水来保温。这种设计不仅环保，而且十分实用，尤其在北方的官宴中得到了高度评价。此外，宋代还有另一种保温器具，被称为“孔明碗”，它由两个碗上下粘接而成，中间留空，外碗底的孔让沸水进入夹层，使碗内的食物保持温度。孔明碗的名称来源于其精巧的设计，但实际上与诸葛亮并无关联。这种保温碗从宋代开始出现，明代也有制造，其设计和装饰随着时间而演变，从宋代的青釉器到明代的青花、五彩等品种，展现了中国古代工匠的智慧和创造力。

图3  宋代的温盘（图片来源：网络）

     2. 现代热水瓶的保温原理

现代热水瓶的保温效果主要依靠其独特的结构设计，这种设计的理念是力求最大限度地减少热量的传递。根据热力学的第二定律，热量总是自发地从温度较高的物体传递到温度较低的物体。因此容器内高温热水的热量一定会向周围低温环境中散布。不同材料传递热量的能力有很大的差异，一般采用导热系数来评价。在力学中，导热系数的定义为：在稳定传热条件下，1米厚的材料当两侧表面的温差为1度（K）时，在1秒钟内通过1平方米面积所传递的热量。导热系数的单位为瓦/米·度（W/（m·K））。这里给出几种典型材料导热系数的数值：铜为401 W/m·K，玻璃为1.1 W/（m·K），空气为0.023 W/（m·K）。所以玻璃瓶比铜瓶的保温性能好得多。通常把导热系数较低的材料称为保温材料，空气作为一种介质，是一种保温材料，它能够传导热量但导热性能很差。如果保温瓶内胆的内外层之间形成了真空，热量的传递途径就被有效阻断了。因此，热水瓶设计的第一个独特之处就是双层玻璃内胆而且两层玻璃之间被抽成了真空状态。此外，保温瓶的双层玻璃表面还覆盖有一层镀银，它能够将热量反射回瓶内，从而进一步减少热量的散失。

图4 玻璃双层内胆对于保温的作用（图片来源：网络）

    3. 热水瓶内胆底部的“小揪揪”是什么？

人们在取出热水瓶的内胆时，总会发现它的底部有个“小揪揪”，这是干什么的？这还得从热水瓶的双层玻璃内胆的制造过程说起。保温瓶的内胆是由一种特殊的耐高温材料——钠钙硅盐酸玻璃制成。在高温下，这种原料被熔化成液态玻璃，然后在金属模具中通过吹制工艺形成壁厚仅为1至2毫米的玻璃瓶。在制作过程中，外瓶底部会熔接一根玻璃管，这根管子在后续的工序中发挥着至关重要的作用，它不仅用于抽取内外层之间的空气，还用于镀银工艺。

在制作外瓶时，工人会在上面画出一些记号线，然后加热并沿着这些线切割掉瓶口多余的部分。这些被切掉的玻璃材料可以重新回收利用。接着，工人会将外瓶从中间切开，分为上下两部分，以便将尺寸更小的内瓶放入其中。内瓶的瓶口也需要经过类似的处理，通过加热使其变得圆滑。

图5 在制作外瓶时，在其上画的记号线（图片来源：网络）

在内瓶的瓶口粘上石棉垫块，这些垫块在内外瓶之间形成了必要的间隙。将内瓶放入外瓶中后，石棉垫块确保了内外瓶之间留有空隙。然后，将外瓶的上端部分盖回，并对上下两部分进行加热熔接。此外，还需要熔封内外瓶口的间隙，并使用模具挤压内瓶口，使其与外瓶口完全融合。

图6  先在石棉垫块上点个胶，然后粘附在内瓶身外（图片来源：网络）

接下来，通过尾管注入纯水，清洗内外瓶间的间隙，然后排出水分。之后，注入镀银液，并加入一定量的化合物溶液作为还原剂，通过尾管灌入瓶胆夹层中，进行银镜反应。这里所提到的“银镜反应”是银化合物的溶液被还原为金属银的化学反应，由于生成的金属银附着在容器内壁上，光亮如镜，因此而得名。这一化学反应将银离子还原并沉积在玻璃夹层表面，形成一层薄薄的镜面银膜。最后，从尾管抽出内外瓶间的空气，形成真空状态，并将整个结构加热至300至400摄氏度，以蒸发掉夹层中的水分。接着，熔封玻璃管的尾口，完成双层玻璃内胆的制作。这就是为什么保温瓶内胆底部会有一个凸起，如果这个凸起破碎，双层内胆将无法保持真空状态，保温效果会大打折扣。

图7  玻璃被烧融后一点点地拉扯开，形成了“小揪揪”（图片来源：网络）

热水瓶的“小揪揪”虽然不起眼，但它的存在对于保温瓶的性能至关重要。从杜瓦爵士的发明到现代的多层保温技术，热水瓶的发展见证了科技进步和人类智慧的结晶。当然，杜瓦瓶的用途可不是只是盛热水，它在现代科技领域里有着广泛的应用，是储藏液态低温气体和保护晶体元件的一种较理想容器。

参考文献

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[6]https://www.chinanews.com.cn/cul/2012/08-20/4118821.shtml