듀어는 두 벽 사이에 진공을 두어 열을 차단했다

1892년 스코틀랜드 과학자 제임스 듀어는 원소 팔라듐의 비열에 관한 실험을 하고 있었는데, 팔라듐을 매우 차갑고 안정적인 온도로 유지해야 했다. 그의 문제는 그렇게 차가운 것은 무엇이든 냉기를 빠르게 잃는다는 점이었다. 주변의 공기가 전도와 대류로 열을 안으로 운반했기 때문이다.

그의 해결책은 특이했다. 그는 놋쇠 챔버를 만들고 그것을 두 번째 챔버로 둘러싼 뒤, 둘 사이의 공기를 빼냈다. 가스가 거의 모두 펌프로 제거되자, 열이 틈을 가로질러 전도되거나 대류될 공기가 더 이상 없었다. 벽 사이의 거의 진공 상태가 단열재가 되었고, 내용물은 설정 온도 근처에 머물렀다.

이 원리가 핵심 물리적 통찰이다. 단열은 보통 열의 경로를 더 어렵게 만들어 작동한다. 두꺼운 재킷, 느린 가스, 다공성 폼 같은 것이다. 듀어의 플라스크는 경로를 아예 제거함으로써 작동한다. 공기가 사라지자 열이 물리적으로 틈을 가로지를 것이 거의 없어서, 벽과 목을 통해 빠져나가는 소량만 문제가 된다. 이중벽의 진공 용기는 그의 극저온 연구의 결과물이며, 이것이 듀어 플라스크라고 불리는 이유이다.

듀어는 이 설계를 특허로 등록하지 않았고, 그것은 빠르게 상업화되었다. 1904년 독일 유리 세공인 두 명, 라인홀트 부르거와 알베르트 아셴브레너가 더 튼튼한 일상용 버전을 만들어 테르모스라고 이름 붙이고 제품과 상표를 모두 주장했으며, 나중에 그 이름에 관해 듀어 본인을 상대로 소송에서 승소했다.

벽 사이의 공기를 제거한다

열은 차가운 물체를 둘러싼 매체인 공기에 의해 전도되고 대류된다.

겹쳐진 두 벽 사이의 공기를 빼내면 그 매체가 완전히 제거된다.

거의 진공 상태는 전도하거나 대류할 수 없으므로, 열이 틈을 가로질러 거의 지나가지 않는다.

그 결과 같은 크기의 어떤 고체 단열재보다 내용물을 훨씬 오래 뜨겁거나 차갑게 유지한다.

어떤 것이 전도성 매체에 둘러싸여 에너지를 너무 빨리 잃을 때, 해결책은 단열재를 더 추가하는 것이 아니라 매체를 완전히 제거하는 것일 수 있다.

듀어는 1892년 극저온 연구의 일환으로 진공 플라스크를 발명했고 특허를 내지 않았다. 1904년 라인홀트 부르거와 알베르트 아셴브레너는 그것을 상업적인 일상용품으로 만들어 테르모스라고 이름 붙였고, 권리와 이름에 관해 듀어를 상대로 소송에서 승소했다. 테르모스 병은 전 세계로 퍼져 진공 플라스크를 가정용품으로 만들었고, 듀어는 왕립연구소에서 계속 연구했으며, 그곳에서 1898년 최초로 액체 수소를 만들었다. 이 설계는 음료를 뜨겁거나 차갑게 유지하고 산업에서 차가운 물질을 운반하는 데 여전히 사용된다.