李沁恬

爸爸给我买了个新水杯，保温性能特别好。上学前装满一杯热水，下午放学后水还是烫的。由于保温效果太好，导致我想喝水的时候只能长时间打开盖子降温。但打开杯盖降温有诸多的不方便，比如存在卫生问题、携带不方便等。

能否设计一款可快速调节热水降温速度的保温杯？

一、设计原理

如图1所示，加工保温杯时，厂家把内胆、外胆间的空间加工成楔形，并在里面放置楔形导热体。正常情况下，楔形导热体不会同时与内胆、外胆接触，可形成真空隔热层。

当楔形导热体上移时，内胆、外胆同时与导热体接触，水杯内的水的热量直接通过内胆传到导热体，再传到外胆后散发到空气中。当水温降到一定程度时，楔形导热体向下移动，让楔形導热体不同时与内胆、外胆接触，从而实现降温速度可调。

二、选择楔形导热体移动方式

由于真空保温杯保温效果好，我们在改进保温杯的同时，不能破坏保温杯的真空特性，所以楔形导热体的移动只能使用非接触力，而不能使用接触力。

电场力、磁场力、重力都是非接触力，它们各有各的特点，如表1所示。

从表中可以看出，磁场力和重力都适用于本设计。

三、磁场力式移动方式

利用磁场力推动楔形导热体移动的原理如图2所示。

在楔形导热体底部固定一块磁铁，杯底外部也有一块可转动磁铁。转动磁铁，当磁铁异名磁极靠近时，磁铁被下拉，楔形导热体下移，不会同时与内胆、外胆接触，保温杯具有保温功能。当同名磁极靠近时，由于磁场力的作用，楔形导热体被向上推，内胆、外胆同时与导热体接触，导热良好，处于导热状态。

由于这种设计用到了磁铁，对杯体材料还有一个要求，即使用不导磁材料。生活中常用的304不锈钢即为不导磁材料。图3为3D打印制成的模型。

四、重力式移动方式

利用重力推动楔形导热体移动的原理如图4所示。

楔形导热体在自身重力的作用下，整体下移，达到真空保温的作用。当把杯子倒置时，楔形导热体在重力的作用下向下移动，与内胆、外胆连接，达到导热效果。

这种移动方式的优点是结构简单，操作方便，稳定性好，不需要太复杂的结构。缺点是散热时，杯体要倒置，要求水杯盖的密封性较好。（指导老师：李荣旺）