張長(zhǎng)庚
相信不少同學(xué)遇到過(guò)這種情況:向玻璃杯中倒入滾燙的液體時(shí),玻璃杯會(huì)突然炸裂。這種突發(fā)狀況往往讓我們誤以為玻璃杯太薄了,應(yīng)該選擇厚的玻璃杯就不會(huì)發(fā)生這種意外了。但是,選擇厚的玻璃杯真的安全了嗎?
熱學(xué)知識(shí)告訴我們,物體在絕大部分情況下都會(huì)“熱脹冷縮”。(0℃到4℃的水會(huì)發(fā)生“熱縮冷脹”,銻、鉍、液態(tài)鐵等在一定條件下也會(huì)發(fā)生“熱縮冷脹”)當(dāng)我們把熱水倒進(jìn)玻璃杯時(shí),整個(gè)杯子并不是一下子全部接觸到熱水,玻璃杯的內(nèi)壁先受熱膨脹,但是熱量不能馬上傳遞到玻璃杯外壁,所以外壁沒(méi)有同時(shí)發(fā)生膨脹,也就是說(shuō)內(nèi)外膨脹存在一個(gè)時(shí)間差,這個(gè)時(shí)間差導(dǎo)致了外壁要承受內(nèi)壁膨脹所帶來(lái)的巨大壓力(外壁此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)管道,管道內(nèi)的物體在向外膨脹),當(dāng)壓力大到外壁無(wú)法承受時(shí),玻璃杯就出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象了。所以說(shuō),玻璃杯遇熱發(fā)生炸裂的真正原因是“熱脹”不均勻。
如果我們仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn),炸裂的玻璃杯不僅杯壁厚,常常還有較厚的底部。因此,為了避免玻璃杯炸裂,我們應(yīng)該選擇杯底和杯壁都很薄的杯子。因?yàn)椴AП奖?,?nèi)壁和外壁的熱傳遞時(shí)間越短,內(nèi)外壁的壓力差也就越小,幾乎可以同時(shí)膨脹,所以不會(huì)因?yàn)槭軣岵痪鶆蚨l(fā)生炸裂。
另外,在倒熱水之前,在杯子里面放一個(gè)金屬勺,也能在一定程度上避免玻璃杯發(fā)生炸裂。這其實(shí)是利用了金屬導(dǎo)熱性能非常好的特點(diǎn),良好的導(dǎo)熱性緩解了杯子內(nèi)外壁溫差過(guò)大、受熱不均勻的情況。也就是說(shuō),滾燙的熱水在把玻璃加熱的同時(shí),一部分熱量傳遞給金屬勺并散發(fā)出去。
說(shuō)到受熱導(dǎo)致玻璃杯炸裂的問(wèn)題時(shí),我們自然想到,玻璃杯遇冷肯定也會(huì)炸裂。尤其是把剛倒入熱水后的杯子放到冷水中時(shí),由于內(nèi)壁膨脹、外壁收縮,產(chǎn)生的巨大壓力差會(huì)導(dǎo)致玻璃杯更易炸裂。
現(xiàn)在,同學(xué)們應(yīng)該明白化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的玻璃器皿通常很薄的原因了吧,薄的玻璃試管直接放到酒精燈上面加熱,也不會(huì)輕易炸裂。
初中生學(xué)習(xí)指導(dǎo)·中考版2020年2期