当玻璃结冰时,它通常会破,为什么?

科技爱好者427


玻璃本身不会结冰,但会热胀冷缩。<strong>

物质都有热胀冷缩的性质,玻璃也一样。如果内外温度相差很大,或者突然出现大的温差,就容易炸裂。

我们看到温度计上的标度,但温度升高时,不管里面是用水银还是别的物质作为指示剂,都会升高,说明这种物质膨胀了;而温度下降时则会下降,说明这种物质搜索了。

这就是物质的基本特性,几乎所有的物质都有这种特性。

当物质这种热胀冷缩过程不均匀或者过大时,物体承受不住这种变化就会断裂或者炸裂。

玻璃器皿也是这样,在突然加热和突然冷却的情况下容易发生炸裂。

比如我们在炉火上用玻璃器皿炖煮食物,在高温沸腾的情况下,端起突然放入水中,就很容易炸裂。一些较厚的玻璃器皿放在大火上烧烤,内外受热不均匀也容易炸裂。

把一个烧得很热烫的玻璃杯突然倒入冷水也容易炸裂。如果一个接了冰疙瘩的玻璃器皿,用火其烘烤,这样受热不均也容易炸裂。

实验室用的烧杯,可以随意的放在火焰上烧水,做各种热实验,不会炸裂,就是因为烧杯的玻璃壁很薄,但受到冷热刺激时,会很快里外受热均匀,所以就不会炸裂了。

我们知道了这个道理,在使用玻璃器皿时就要注意。

比如用玻璃杯装热水时,可以先放点热水把杯子先烫一下,让整个杯子适应热的温度,再倒入开水,就不会炸裂了。

而在火上烧的很热的玻璃容器,不要突然放在很冷的地上或水里,端起来可以用一个竹木点子垫着,让它慢慢冷却。

但这种情况在玻璃窗上很少发生。我们可以看到每家每户的玻璃窗,到了冬天也几乎没有看到会爆裂的,完全起到了防寒保暖的作用。

这是因为在南方,室内外温差并不大,玻璃搜索到的热胀冷缩不明显,所以不会爆裂;而在北方,虽然室内外温差较大,但这种温差并不是突然导致的,而是慢慢形成的,玻璃的应力适应了这种温差,也就不会爆裂。

而且北方现在大多数都是用双层玻璃窗,两层玻璃之间有一层气体隔温保暖,内外温差不会直接透到外面玻璃,所以更不会轻易炸裂。

物体热胀冷缩的属性,是因为物体内的粒子(分子)运动动能,会随着温度的改变而变化。

温度高时,运动就剧烈,震动幅度增加,所需要的的空间就越大,就呈现出胀大现象;温度低时,粒子运动就减弱,震动幅度减少,所需的空间就减少,就呈现收缩状态。

人们知道了物质的这种性质,在建设时就要考虑这些因素,否则就会导致重大损失和事故。

比如在建设公路、铁路、桥梁和电缆电线的敷设时,都会根据计算和设计要求,隔一段距离留一个收缩缝,一遍在夏天冬天温差较大时,不会因为热胀冷缩导致路面桥梁受到破坏。

热胀冷缩的现象,在水的问题上表现出了特别的表现。水在4度时密度最大,也就是说4度时缩得最厉害,而4度以上和以下都处于“胀”的状态。

因此水在结冰时比不结冰是体积反而会增多,也就是胀的更厉害。

这是因为水分子特殊的性质决定,这里就不讨论了。


时空通讯


几天前,我把一瓶玻璃水放在冰箱里,这样水就会很快冷却下来。第二天,当我打开冰柜时,我发现水变成了冰(预期的结果)和瓶子被打破了(意想不到的结果)!为什么玻璃破碎了?

为了回答这个问题,我们需要理解热平衡和玻璃作为热导体的知识。

热平衡

热能是与物体或系统的温度有关的能量。当谈到热的时候,我们指的是热能从一个物体转移到另一个物体。热量通过传导、对流或辐射传递。一般来说,与热能交换(以及从一种形式到另一种形式的变化)有关的定律称为热力学定律。这些定律支配着我们对任何系统中温度变化的理解。

  • 图注:热力学第零定律

根据我们的问题,最相关的定律是热力学第零定律。这条定律的实质是“当两个物体与第三个物体的温度相等时,它们就具有温度相等”。这意味着当不同温度下的系统接触时,它们将随着时间的推移达到热平衡点。这个定律是温度计的基础!为了更好地理解这一点,让我们定义并更好地理解什么是热平衡。

  • 图注:达到热平衡的两个物体。

用最简单的术语来说,当两个物体处于热平衡状态时,它们彼此接触并处于相同的温度。因此,如果其中一个物体比另一个物体更热,它会向较冷的物体散发热量,直到两个物体处于相同的温度。

玻璃是如何因温度变化而变化的?

固体有三种结构:晶体结构、多晶结构或非晶结构。非晶态固体是一种结构上缺乏统一顺序的材料,晶体固体是完全有序的。

而多晶固体是指在同一固体中具有多个不同晶体材料、不同取向的固体。玻璃是一种陶瓷材料,存在于许多不同成分的非晶固体中。玻璃通常主要由二氧化硅制成。二氧化硅存在于晶态和非晶两种状态。

玻璃制造中使用的二氧化硅是非晶态或非晶态的。最常见的玻璃是由无定形二氧化硅或二氧化硅(SiO2)制成的光学透明陶瓷,并且加入大约30%(源)氧化钠(NaO)、石灰(CaO)和氧化镁(MgO)。当一个物体被加热时,它的体积会膨胀,而当它失去热量时会收缩。玻璃在温度变化时也会发生这种反应。

热和电一样,有良导体也有不良导体。玻璃是一种很不好的导热体。这是由于它的非晶态结构。陶瓷的无序原子不能可靠地传递热能。由于它的不良热导性性能,如果两边的温度不同,较厚的一块(如瓶子的那块)就足以造成尺寸上的差异。由于玻璃是一种不良的热传导体,两边需要更长的时间才能达到热平衡状态。

为什么玻璃碎了?

由于这些热力学性质,玻璃物体暴露在快速变化的温度下容易破碎。热必须通过介质交换。

在我们的问题中,这两个物体是冷空气和玻璃本身。冷空气充当热量散失的媒介。冷冻的空气首先接触到玻璃的一面,玻璃的一面迅速失去热量,随之收缩。玻璃两侧存在温度的对比,因为玻璃的两侧不能达到与冻结空气的热平衡状态,正如我们前面所讨论的。

因此,当热量从玻璃的一侧散失时,另一侧就相对较热,因此膨胀得更大。这种膨胀的反差会导致玻璃破裂。


科技领航人


是因为热胀冷缩,温度低会使玻璃变脆,从而容易破损。

玻璃的外部环境,通常不是恒温,玻璃膨胀和收缩周期性进行,导致玻璃超过自身的疲劳强度,产生破损。

热胀冷缩是物体受热时会膨胀,遇冷时会收缩的特性。由于物体内的粒子(原子)运动会随温度改变,当温度上升时,粒子的振动幅度加大,令物体膨胀;但当温度下降时,粒子的振动幅度便会减少,使物体收缩。


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1温度低会使玻璃变脆,从而容易破损。

2玻璃过薄

3空气中的水蒸气吸附在玻璃表面,结冰的水和局部玻璃应力不平衡。导致玻璃破损


磁场圈


热胀冷缩,整块玻璃受力不均就会破


天马8763


热胀冷缩


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