Strona głównaPytania → Kiedy i dlaczego rozgrzane szkło...

Kiedy i dlaczego rozgrzane szkło pęka?

Pytanie

Pyta Ewa

Chciałam poprosić o wytłumaczenie fizyczne na poziomie cząsteczkowym takiego codziennego zdarzenia. Dlaczego szklane naczynie włożone do gorącego piekarnika pęka? A dlaczego po włożeniu do zimnego piekarnika i potem nagrzanego nawet do 200 stopni nie pęka?

Odpowiedź

Odpowiada dr Miłosz Panfil

Na poziomie cząsteczkowym wszystko jest w ruchu. Na przykład atomy szkła w szklanym naczyniu nie są w jednym miejscu, tylko wykonują malutkie drgania. Im wyższa temperatura tym drgania te są większe co powoduje rozpychanie się cząstek. Prowadzi to do obserwowalnego efektu zwanego rozszerzalnością cieplną: obiekty zwiększają swoje rozmiary pod wpływem wzrostu temperatury. Rozszerzalność cieplna zależy przede wszystkim od materiału z którego wykonany jest obiekt.

Gdy powoli ogrzewamy szklane naczynie to wszystkie atomy powoli zaczynają drgać coraz bardziej. Gdy natomiast szybko nagrzejemy jedną część naczynia, na przykład jego spód po włożeniu do piekarnika, lub wnętrze szklanki po wlaniu gorącej wody, to powstaje wewnątrz przedmiotu duża różnica temperatur. Oznacza to, że jedne atomy drgają już „w nowej temperaturze”, a inne jeszcze „w starej temperaturze”. Prowadzi to do powstania naprężeń, które doprowadzą do pęknięcia jeżeli są silniejsze od wiązań między atomami.

Na poziomie cząsteczkowym możemy pomyśleć o następującej analogii. Wyobrażmy sobie dwie osoby które biegną trzymając się za ręce. Jeżeli jedna osoba gwałtowanie przyspieszy (czyli zwiększy się temperatura w jednym miejscu naczynia) to druga osoba poczuje szarpnięcie. Jeżeli ich chwyt nie był wystarczająco silny to ich „wiązanie” pęknie. Powolne ogrzewanie naczynia odpowiada natomiast wspólnemu powolnemu przyspieszaniu takiej pary biegaczy.