в первом случае "чайник долго остывает" равнозначно "чайник долго теряет тепло". А во втором случае чайник долгое время не может достичь конечной точки -остывания, поэтому он "долго не остывает"

Тут дело в том что в этих двух фразах слово "остывает" имеет разные значения, а точнее - противоположные. Света правильно расписала смысл происходящего. Таким образом, во второй фразе мы имеем двойное отрицание, что дает нам в итоге аналог первой фразы в семантическом плане.

Это речевой парадокс. Фактически во фразе "Чайник долго не остывает" происходит отрицание фразы "Чайник остывает долго". Но на самом деле это не так. Просто мы привыкли так говорить, но иностранцу объяснять это пришлось бы очень долго.

Если говорят "чайник остывает", то, во-первых, имеют в виду что он теряет тепло (с чайником происходит процесс) но и одновременно имеют в виду, что чайник становится холодным (он переходит в другое состояние) Про дуализм в физике помните? Свет - это и волна и частица одновременно :) Вот и чайник одновременно и остывает и становится холодным :) В итоге имеем: "чайник долго остывает" - здесь фраза значит, что у чайника долгий процесс остывания (от горячего до холодного надо много времени); "чайник долго не остывает" - а здесь фраза значит,что чайник долго не переходит в состояние "холодный" (чайник долго не становится остывшим, чайник долго не становится холодным) (т.е. тоже значит, что до холодного состояния надо много времени) Вот и получается, что смыслы обеих фраз одинаковые :)

"чайник долго остывает" - этот факт вам известен. "чайник долго не остывает" - это видимо для вас сюрприз.