一位有经验的家庭主妇,当她把热茶倒到客人的茶杯里去的时候,为了避免杯子破裂,总会把茶匙放在杯子里,当然最好是银茶匙,是生活上的经验教会她这个正确的做法的。那么,这个做法的原理是什么呢?
首先,我们要明白,在倒开水的时候,杯子为什么会破裂。
原因是玻璃的各部分没有能够同时膨胀,倒到杯子里的开水,没有能够同时把茶杯的各个部分“烫热”。它首先“烫热”了杯子的内壁,但是这时候,外壁却还没来得及被“烫热”。内壁被“烫热”以后,立刻就膨胀起来,但是外壁还暂时不变,因此外壁受到了从内部来的强烈的挤压。这样外壁就给挤破了──玻璃破裂。
你千万不要以为杯子厚就不会“烫裂”。厚的杯子在这方面来说,恰好是最不可靠的,厚的杯子要比薄的更容易“烫裂”。原因很明显,薄的杯壁很快就会“烫透”,因此这种杯子内外层的温度很快会相等,也就会同时膨胀;但是厚壁的杯子的杯壁(那一厚层)要烫透是比较慢的。
在选用薄的杯子或者其他薄的玻璃器皿的时候,有一点不要忘记:杯壁要薄,而且杯底也要薄。因为在倒开水的时候,烫得最热的恰好是杯子的底部;假如底太厚的话,那么,不管杯壁多么薄,杯子还是要破裂的。有厚厚的圆底脚的玻璃杯和瓷器,也是很容易烫裂的。
玻璃器皿越薄,把它加热就越可以放心。化学家就是使用非常薄的玻璃器皿的,他们用这种器皿盛了液体,就直接在灯上烧到沸腾,一点也不怕它会破裂。
当然,最理想的器皿应该是在加热时候完全不膨胀的那一种。石英就是膨胀得非常小的一种材料,它的膨胀程度大约只等于玻璃的1/15到1/20。用透明的石英制成的厚壁器皿,可以随意加热也不会破裂。你可以把烧到红热的石英器皿丢到冰水里,也不必担心它会破裂。这“一半”是因为石英的导热度也比玻璃大。
玻璃杯不只在受到很快加热之后才会破裂,就是在很快冷却的时候,也有同样的情形发生,原因是杯子各部分冷缩时候所受的压力并不平均。杯子的外层受冷收缩,强烈地压向内层,而内层却还没有来得及冷却和收缩。因此,举例来说,装有滚烫果酱的玻璃罐,决不可以立刻放到严寒的地方或直接浸到冷水里面去。
好,让我们再回到玻璃杯里的银茶匙上来,究竟银茶匙是怎样保证杯子不破裂的呢?
玻璃杯的内外壁,只有当开水一下子很快倒进去的时候,受热程度才会有很大差别;温水却不会使杯子各部分受热有很大差别,因此也不会产生强大的压力,杯子也就不会破裂。假如杯子里放着一柄茶匙,那么会发生些什么情形呢?
那时候,当开水倒进杯底的时候,在还没有来得及烫热玻璃杯(热的不良导体)之前,会把一部分的热量分给了(热的)良导体的金属茶匙,因此,开水的温度减低了,它从沸腾着的开水变成了热水,对玻璃杯就没有什么妨碍了。至于继续倒进去的开水,对于杯子已经不那么可怕,因为杯子已经被烫热了。
总而言之,杯子里的金属茶匙,特别是这柄茶匙如果非常大,会缓和杯子受热不均,防止杯子的破裂。
但是,为什么说茶匙假如是银制的,就会更好一些呢?因为银是热的良导体;银茶匙比不锈钢的茶匙散热更快。你一定知道,放在开水杯里的银茶匙是多么烫手!单凭这一点,你就已经可以毫无错误地确定茶匙的原料了,钢制的茶匙是不会感到烫手的。
玻璃器壁膨胀“不平衡”的现象,不但威胁玻璃杯的完整,还会威胁蒸汽锅炉的重要部分──用来测定锅炉水位的水位计。水位计的表管是一段玻璃管,由于内壁受到蒸汽和锅炉沸水的作用,要比外壁膨胀得大。此外,蒸汽和水的压力更加强了管壁上所受的压力,因此,这个玻璃管(水表管)很容易破裂。为了防止它破裂,有时候用两层不同的玻璃管来做,里面一层的膨胀系数比外面一层小。
来源:物理小识
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