Dewar legte ein Vakuum zwischen zwei Wände, um Wärme zu blockieren

Im Jahr 1892 führte der schottische Wissenschaftler James Dewar Experimente zur spezifischen Wärme des Elements Palladium durch, das bei einer sehr kalten, stabilen Temperatur gehalten werden musste. Sein Problem war, dass alles, was so kalt war, seine Kälte schnell verlor, weil die umgebende Luft durch Wärmeleitung und Konvektion Wärme in es hineintrug.

Seine Lösung war ungewöhnlich: Er fertigte eine Messingkammer an und schloss sie in eine zweite Kammer ein, dann evakuierte er die Luft zwischen den beiden. Da fast das gesamte Gas abgepumpt war, gab es keine Luft mehr, die Wärme über den Zwischenraum leiten oder konvektieren konnte. Das nahezu luftleere Vakuum zwischen den Wänden wurde zur Isolierung, und der Inhalt blieb nahe seiner eingestellten Temperatur.

Das Prinzip ist die entscheidende physikalische Erkenntnis. Isolierung funktioniert normalerweise, indem sie den Weg der Wärme erschwert – eine dicke Jacke, ein langsames Gas, ein poröser Schaum. Dewars Kolben funktioniert, indem er den Weg gänzlich entfernt. Da die Luft weg ist, hat die Wärme physisch fast nichts, was sie über den Zwischenraum hinweg überqueren könnte, sodass nur die kleine Menge zählt, die durch die Wände und den Hals gelangt. Das doppelwandige, evakuierte Gefäß war das Ergebnis seiner Tieftemperaturforschung, und deshalb wird es Dewar-Kolben genannt.

Dewar patentierte das Design nie, und es wurde schnell kommerzialisiert. Im Jahr 1904 bauten zwei deutsche Glasbläser, Reinhold Burger und Albert Aschenbrenner, eine robustere Alltagsversion, nannten sie Thermos und beanspruchten sowohl das Produkt als auch die Marke – später gewannen sie einen Gerichtsprozess gegen Dewar selbst wegen des Namens.

Luft zwischen den Wänden entfernen

Wärme wird durch Luft geleitet und konvektiert, das Medium, das jedes kalte Objekt umgibt.

Das Evakuieren der Luft zwischen zwei ineinandergeschachtelten Wänden entfernt dieses Medium vollständig.

Ein nahezu luftleeres Vakuum kann weder leiten noch konvektieren, sodass fast keine Wärme den Zwischenraum überquert.

Das Ergebnis hält den Inhalt weit länger heiß oder kalt als jede feste Isolierung gleicher Größe.

Wenn etwas zu schnell Energie verliert, weil es von einem leitenden Medium umgeben ist, kann die Lösung darin bestehen, das Medium vollständig zu entfernen, statt mehr Isolierung hinzuzufügen.

Dewar erfand die Vakuumflasche 1892 im Rahmen seiner Tieftemperaturforschung und patentierte sie nie. Im Jahr 1904 machten Reinhold Burger und Albert Aschenbrenner daraus einen kommerziellen Alltagsgegenstand und nannten ihn Thermos, und sie gewannen einen Gerichtsprozess gegen Dewar über die Rechte und den Namen. Die Thermosflasche verbreitete sich weltweit und machte die Vakuumflasche zu einem Haushaltsgegenstand, während Dewar weiter an der Royal Institution arbeitete, wo er 1898 als Erster flüssigen Wasserstoff herstellte. Das Design wird bis heute verwendet, um Getränke heiß und kalt zu halten und um kalte Substanzen in der Industrie zu transportieren.