从茶杯谈到水表管

一个有经验的家庭主妇，当她把热茶倒进客人的杯子时，为了避免杯子破裂，她永远不会忘记把茶匙放在杯子里，最好是银茶匙。生活经验教会她做好这件事。那么，这种做法的原则是什么？首先，我们必须理解为什么在倒开水时杯子会碎。这是因为玻璃杯的所有部分不能同时膨胀，倒入杯中的开水不能同时加热杯子。它首先烫伤了杯子的内壁，但此时，外壁还没有来得及烫伤。内壁受热后立即膨胀，但外壁暂时保持不变，因此受到内部的强烈挤压。这样，外壁被挤压——玻璃破裂了。

你不要认为杯子很厚就不会裂开。厚杯子在这方面最不可靠。厚杯子比薄杯子更容易破裂。原因很明显。薄的杯壁将很快被烧穿，因此杯的内层和外层的温度将很快相等，并将同时膨胀。然而，对于厚壁杯子，烫伤厚壁杯子要慢一些。

当选择薄杯子或其他薄玻璃器皿时，有一件事不应该忘记:不仅杯壁应该薄，而且杯底也应该薄。因为当倒开水时，最热的东西是杯底。如果杯底太厚，那么，不管杯壁有多薄，杯子还是会碎。厚圆脚的玻璃和瓷器也容易破裂。

玻璃器皿越薄，加热越舒服。化学家使用非常薄的玻璃器皿。他们用这种玻璃器皿盛液体，然后直接在灯上燃烧，直到沸腾。他们不怕它会爆炸。

当然，最理想的容器应该是受热时不会完全膨胀的容器。应时是一种膨胀很小的材料。它的膨胀度只有玻璃的1/15到1/20。由透明应时制成的厚壁容器可以随意加热而不会破裂。你可以把一只烧得通红的应时船扔进冰水里，而不用担心它会爆炸。这部分是因为应时的热导率也比玻璃大。

玻璃在被快速加热之前不会破裂，但是当它快速冷却时也会发生同样的情况，因为当玻璃收缩时，作用在玻璃上的压力是不均匀的。杯子的外层因寒冷而收缩，并紧紧地压在内层上，但内层还没有时间冷却和收缩。因此，举例来说，装满热果酱的玻璃罐绝不能立即放在寒冷的地方或直接浸入冷水中。

好吧，让我们回到杯子里的银茶匙。银茶匙如何确保玻璃不会破碎？

只有将沸水快速倒入玻璃时，玻璃的内壁和外壁才会被不同程度地加热。温水不会使杯子的各个部分受热非常不同，所以它不会产生强大的压力，杯子也不会破裂。如果杯子里有一茶匙，会发生什么？

那时，当开水被倒入玻璃底部时，在玻璃(热的不良导体)被加热之前，一些热量被分配到良导体的金属茶匙上。因此，开水的温度降低了，它从沸腾的开水变成了热水，对玻璃杯没有任何阻碍。至于继续倒入的开水，对杯子来说并不可怕，因为杯子有时间变得稍微热一点。

总而言之，杯子里的金属茶匙，尤其是柄茶匙，如果很大，会减轻杯子受热不均的情况，从而防止杯子破裂。

然而，为什么说茶匙是银做的会更好呢？因为银是热的良导体；银茶匙比不锈钢茶匙散热快。你一定知道打开的杯子里的银勺子有多热！仅凭这一点，你就可以毫无错误地确定茶匙的成分。钢茶匙不觉得热。

玻璃壁的不平衡膨胀不仅威胁到玻璃的完整性，还威胁到蒸汽锅炉的一个重要部分——用于测量锅炉水位的水表。水表管只是一个玻璃管。因为内壁受到锅内蒸汽和沸水的影响，所以内壁比外壁膨胀得多。此外，蒸汽和水的压力加强了管壁上的压力，因此该管(水表管)容易破裂。为了防止它开裂，它有时由两层不同的玻璃管制成。内层的膨胀系数小于外层。