正文 第24章 為什麼熱水會使玻璃杯破裂(1 / 1)

要將熱水倒進玻璃杯中時,熟練的主婦就會先在杯中放一個湯匙。湯匙若為銀製則更佳。這雖然是日常生活中的普通常識,但這種方法究竟根據什麼原理呢?

我不妨先說明,為什麼熱水會使玻璃杯破裂。

原因是玻璃的膨脹不均勻,所以會破裂。因為當熱水進入杯子時,杯子的側壁無法一下子全被加熱。首先,側壁內側會被加熱,但外側仍停留在冷卻的狀態。因此,內側部分迅速膨脹,而外側部分卻維持原狀。所以外側會受到內側的強壓,將玻璃杯震破。

某些人以為較厚的杯子就不容易破裂,其實這是錯誤的觀念。因為,倒進熱水時,厚杯子更容易破,薄杯子反而較難破裂。原因是薄杯子的外側可以立刻被加熱,而促使內外溫度相等,膨脹也會因而均勻。但是,厚杯子的外側不可能立即被加熱,所以內外的溫差就大了。

然而,薄杯子僅僅側壁薄還不夠,杯底也必須要薄。因為,在倒進熱水時,首先被加熱的是杯底。如果杯底很厚,即使側壁很薄也沒用,杯子依舊會破。此外杯底附帶著厚的玻璃杯,也比較容易破裂。

玻璃容器愈薄,承受熱水就愈不易破裂。例如非常薄的燒杯,在杯中放水,直接用瓦斯爐來加熱,也不會破裂。

如果加熱時能完全不膨脹,才是最理想的容器。目前,熱膨脹率最小的是石英,其膨脹隻是玻璃的1/5,甚至1/20罷了。因此,透明的石英製容器,無論你如何加熱,它都不會破裂。就是把加熱成赤色的石英製容器,立刻丟入冰水中,它也不會破裂。而石英的熱傳導力比玻璃大很多,這也是一項主要原因。

現在,熱膨脹率小而能承受溫度積極變化之無水硼酸和二氧化矽合成的硼酸矽玻璃,或者石英玻璃製成的耐熱容器、杯子和鍋子,都已經為人類所使用。

玻璃杯不但在突然加熱時不耐用,就是在突然冷卻時,也很容易破裂,理由為收縮不均勻。換言之,在冷卻時,外側已開始收縮,內側卻尚未收縮。因此,外側壓迫內側,而導致破裂。所以,在把熱果醬放入瓶中後,務必要避免將瓶子放進水中冷卻。

說明到這裏,我再來分析杯中放進湯匙的作用。

在加熱時,杯子內側和外側的差異很大,這種情形發生在一下子就把熱開水注入杯中。如果注入的是冷水,就不會產生太大的差異,也就是說,杯子各部分的膨脹沒多大差異,杯子就不可能破裂。而在杯中放進湯匙,究竟有什麼作用呢?

因為在熱水倒入熱傳導率低的玻璃杯時,湯匙會吸收一部分熱,假如湯匙為金屬製成,則是熱的良好導體。它能使熱水的溫度降低,使熱水變成溫水,在這種情況下,杯子當然不會破裂。接著,我們繼續倒入開水,就不會有太大的危險,因為玻璃杯的溫度隻會升高一點點而已。

簡言之,將湯匙(尤其是大湯匙)放進杯中時,杯子就會均勻地被加熱,這樣一來,就能避免玻璃杯破裂。

銀匙為什麼更好呢?因為銀匙是熱的良好導體,銀匙吸收熱水中的熱量,比黃銅匙快多了。如果把銀匙放進裝熱水的杯中,手指卻忘記放開,則手指恐怕會被燙傷。由此可知,銀的熱傳導很快,相信大家都有過類似的經驗。也可由湯匙燙手的程度,來判斷湯匙的材料是什麼。幾乎燙傷手指的是銀匙,否則便是黃銅湯匙。

由於玻璃杯側壁的膨脹不均勻,才導致玻璃杯破裂。然而這種狀況未必僅僅發生在玻璃杯,測定鍋爐水位的水位計,也會發生相同的情形。水位計是一種玻璃管,它的內側比外側更容易受水蒸氣或熱水加熱所影響而膨脹。由於管內的蒸氣和熱水的壓力大,玻璃管很快就被破壞。應該如何防止呢?

一般水位計的內側和外側,是用不同的玻璃製造而成,就內側玻璃的質地而言,它的熱膨脹率比外側的玻璃小。