冬季往玻璃杯里倒热水时,为何玻璃杯会破裂?
冬季往玻璃杯里倒热水时,为何玻璃杯会破裂?
玻璃杯炸裂的原因是因为膨胀,因为杯里一倒入热水,杯子的内壁就会受热急剧膨胀,但是因为外壁还是保持原样,内层玻璃突然向外大力挤压,所以杯子就破裂了。
1.玻璃裂痕的缘故
在题主常说,玻璃碎的因素是倒开水。物件热胀冷缩是基本规律,玻璃都不除外。不一样的原材料有不一样的热胀冷缩实际效果,通常用热膨胀系数来表明。普遍原材料的热膨胀系数如下图所显示。
热膨胀系数的物理意义是温度上升1k时原材料伸展的度量。这一值越大,这类原材料对温度越比较敏感。从上面可以看得出,一般玻璃的热膨胀系数约为7.1e-6/k.与钢.铜等一些金属材料对比,玻璃是一种不容易热胀冷缩的原材料。
2.缝隙的部位
实际上普通高中学过物理学的朋友都了解,物件会随热变形,随冷收拢,冷玻璃倒开水后非常容易爆裂。可是,要是没有系统化学习培训结构力学,也就不应当了解原理。热胀冷缩仅仅一般缘故。在这个一般缘故下,玻璃是怎样胀大的,怎么会发生裂痕,裂痕发生在哪儿?仅有学了工程力学才有可能解决困难。
玻璃杯的开裂一直出现在装水的一瞬间。开水倒进冷杯里后,因为开水的加温,玻璃里侧的温度升高,但两侧都还没时间升高。这致使了图中所显示的温度遍布。红色代表高温,蓝色代表超低温。从温度遍布看来,其遍布在轴向和纵向全是匀称的。殊不知,在玻璃的薄厚方位上,温度遍布不匀称,而且存有温度梯度方向。恰好是这类薄厚方位的不均衡造成玻璃爆裂。
大家一起来看看轴向和纵向热胀冷缩,如图。圆上方位会总体变大,纵向里侧会升高。因为玻璃口处在随意情况,里侧可以任意伸缩式,因此难以造成纵向裂痕。但在圆上方位,里侧温度高,想胀大,两侧温度匀速运动,不愿胀大。因而驱使里侧胀大,促进两侧胀大。殊不知,内部精确测量一直遭受两侧的限定,两侧处在缩小地应力情况,而两侧因为里侧的缩小而处在拉申地应力情况。全世界绝大部分原材料全是抗压和抗压强度的,拉申和缩小效果区别非常大。比如,有机化学玻璃的抗压强度为55~77Mpa,抗拉强度为130Mpa。恰好是由于一些不对等的拉压特性,表层玻璃最开始裂开。3.如何防止玻璃粉碎
了解了以上基本原理,我们可以从下列一些层面来避免玻璃爆裂:
挑选品质高些的玻璃。即挑选热膨胀系数较小的玻璃原材料,尽量减少温度的危害。伴随着玻璃生产技术的提升,热膨胀系数早已远小于早期。
设计方案一个面积更有效的玻璃杯。玻璃爆裂的首要因素取决于薄厚方位的温度梯度方向。薄厚越薄,温度梯度方向越大,内应力遍布差别越大,更非常容易裂开。
和之前不一样,倒开水的情况下玻璃非常容易爆裂。设计方案后,即使玻璃品质稍弱,只需薄厚充足,也不易裂开。
引言
玻璃爆裂是因为杯子薄厚方位温度不匀称,造成内应力遍布不匀称。里侧受力,两侧受拉。玻璃的拉申极限地应力低于缩小极限地应力,因此两侧先裂开。