Раньше чем разлить чай по стаканам, опытная хозяйка,
заботясь об их целости, не забывает положить в них ложки, особенно
если они серебряные. Житейский опыт выработал вполне правильный
прием. На чем он основан?
Уясним себе прежде, почему вообще стаканы трескаются от горячей
воды.
Причина — неравномерное расширение стекла. Горячая вода, налитая
в стакан, прогревает его стенки не сразу: сначала нагревается внутренний
слой стенок, в то время как наружный не успевает еще нагреться.
Нагретый внутренний слой тотчас же расширяется, наружный же остается
пока неизменным и испытывает, следовательно, сильный напор изнутри.
Происходит разрыв — стекло лопается.
Не думайте, что вы обеспечите себя от таких “сюрпризов”, если обзаведетесь
толстыми стаканами. Толстые стаканы — как раз самые непрочные в
этом отношении: они лопаются чаще, нежели тонкие. Это и понятно:
тонкая стенка прогревается быстрее, в ней быстрее устанавливаются
равномерная температура и одинаковое расширение, — не так, как в
толстом, медленно прогревающемся слое стекла.
Об одном только не надо забывать, выбирая тонкую стеклянную посуду:
тонкими должны быть не только боковые стенки, но и дно стакана.
При наливании горячей воды нагревается главным образом дно; если
оно толсто, стакан растрескается, как бы тонки ни были его стенки.
Легко лопаются также стаканы и фарфоровые чашки с толстым кольцеобразным
выступом внизу.
Чем стеклянный сосуд тоньше, тем увереннее можно подвергать его
нагреванию. Химики пользуются очень тонкими сосудами и кипятят в
них воду прямо на горелке, не тревожась за целость сосуда.
Конечно, идеальной посудой была бы такая, которая вовсе не расширялась
бы при нагревании. Чрезвычайно мало расширяется кварц: в 15 — 20
раз меньше, чем стекло. Толстый сосуд из прозрачного кварца может
быть как угодно нагрет — он не лопнет. Можно смело бросить кварцевый
сосуд, нагретый до красного каления, в ледяную воду, не опасаясь
за его целость [Кварцевая посуда удобна для лабораторного употребления
еще тем, что она очень тугоплавка: кварц размягчается только при
1700°]. Это связано отчасти и с тем, что теплопроводность у кварца
значительно больше, чем у стекла.
Стаканы лопаются не только при быстром нагревании, но и при резком
охлаждении. Причина — неравномерное сжатие: наружный слой, охлаждаясь,
стягивается и сильно сдавливает внутренний слой, еще не успевший
охладиться и сжаться. Поэтому не следует, например, банку с горячим
вареньем выставлять на резкий холод, погружать в холодную воду и
т. п.
Вернемся, однако, к чайной ложечке в стакане. На чем основано ее
предохраняющее действие?
Резкое различие в нагревании внутреннего и наружного слоя стенок
бывает лишь тогда, когда в стакан сразу наливается очень горячая
вода; вода теплая не вызывает резкой разницы в нагревании, следовательно,
и в натяжении различных частей стекла. От теплой воды посуда не
лопается. Что же происходит, если в стакан положена ложечка? Попав
на дно, горячая жидкость, прежде чем нагреть стекло (которое плохо
проводит тепло), успевает отдать часть своей теплоты хорошему проводнику
— металлу; температура жидкости понижается; из горячей она делается
теплой и потону почти безвредной. Дальнейшее же приливание горячего
чая не столь уже опасно для стакана, так как он успел немного прогреться.
Словом, металлическая ложка в стакане (особенно если она массивна)
сглаживает неравномерность нагревания стакана и тем предотвращает
растрескивание стекла.
Но почему лучше, если ложка серебряная? Потому что серебро — хороший
проводник тепла; серебряная ложка быстрее отнимает теплоту от воды,
нежели медная. Вспомните, как серебряная ложка в стакане с горячим
чаем обжигает руку! По этому признаку вы даже можете безошибочно
определять материал ложки: медная ложка пальцев не обжигает.
Неравномерное расширение стеклянных стенок ставит под угрозу целость
не только чайных стаканов, но и ответственных частей парового котла
— его водомерных трубок, по которым определяется высота воды в котле.
Внутренние слои этих стеклянных трубок, нагреваемые горячим паром
и водой, расширяются больше наружных. К натяжению, порождаемому
этой причиной, прибавляется еще сильное давление пара и воды в трубке,
отчего она легко может лопнуть. Чтобы предотвратить это, изготовляют
иногда водомерные трубки из двух слоев стекла разных сортов: внутренний
слой имеет меньший коэффициент расширения, нежели наружный.
Страницы из книги «Занимательная физика», авт. Я.И. Перельман
