从茶杯到玻璃管液位计

有经验的主妇在往杯子里面倒茶水的时候，为防止杯子炸裂，通常会在杯子中放一只小勺，最好是银制的小勺。这种非常正确的方法来自生活中的经验，但这种方法的理论依据是什么呢？

回答这个问题之前，我们还需要弄清楚：为什么在倒开水的时候，杯子会炸裂？

原因很简单——玻璃的膨胀不均匀。开水倒进玻璃杯以后，并不是立刻把整个杯子都烫热：先热的是玻璃杯的内壁，而这时候玻璃杯的外壁还没有热。玻璃杯的内壁受热，已经开始膨胀，而外壁却没有变化，因此就会承受来自内壁的强烈挤压，于是外壁就被挤破，玻璃杯也就炸开了。

您可不要以为：买壁厚的杯子，不就不会再遇到这样的“惊喜”了。如果这样做，您就大错特错了，因为从这个意义上来说，厚杯子更不结实：厚杯子要比薄杯子更容易被烫炸。原因很明显：玻璃杯壁越薄就越快热透，就越快达到内外壁的温度均衡，膨胀也就一样了——与此相反，厚玻璃杯的杯壁要更久才能热透。

在挑选薄的玻璃器皿的时候，千万不要忘记一点：不仅杯壁要薄的，杯底也要薄。因为在倒入开水的时候，主要热的是杯底，如果杯底较厚，不管杯壁有多薄，整个杯子还是会炸裂。那些有着厚厚的圆底足的玻璃杯和瓷杯，也是很容易烫炸的。

玻璃器皿越薄，就越可以放心大胆地加热。化学家使用的就是这种非常薄的玻璃器皿，就算是直接在酒精灯上加热，水在容器中沸腾，也不用担心容器会出现问题。

当然，最理想的器皿，应该是在加热时完全不膨胀的器皿。石英的受热膨胀系数就非常小，比玻璃小15~20倍。用透明石英制成的厚壁器皿，无论怎么加热都不会破裂。甚至可以把烧红的石英器皿丢到冰水里，也不必为它的完好性担心（在实验室中，经常使用石英器皿还有一点原因，那就是石英的熔点非常高，只有在温度超过1700℃的时候，石英才开始变软）。这在某种程度上也是因为石英的导热系数比玻璃大得多。

玻璃杯不仅在快速加热的时候会破裂，就是在快速冷却的时候，也会这样。此时，玻璃杯破碎原因是不均匀的冷缩：杯子的外层遇冷收缩，强烈地压向还没来得及冷却并收缩的内层。因此，举个例子，不能把装着热果酱的玻璃罐放到寒冷的室外或者直接浸到冷水里，等等。

现在，我们回到放在玻璃杯中的小勺上来。小勺对杯子的保护作用的理论依据是什么呢？

只有在把沸水一下子倒进杯子的时候，玻璃杯内外壁的加热程度才会有很大差别；而热水就不会导致玻璃杯的内外壁的加热程度差别很大，因此玻璃各部分的膨胀也不会有很大差别，也就是说，热水是不会使容器炸裂的。假如把一只小勺放在杯子里，会发生什么呢？在滚烫的液体被倒进杯底的时候，在烫热玻璃（玻璃的导热性较差）之前，会先把一部分的热量传导给热的良导体——金属，这样，液体的温度降低了，从开水变成了热水，就没有什么害处了。再继续向杯子里倒开水，对杯子来说也不那么危险了，因为杯子已经稍稍烫热了。

总而言之，杯子里的金属匙（尤其是这把金属匙很大），会缓和杯子受热的不平均，从而防止了杯子的碎裂。

那为什么说，如果小匙是银制的效果就会更好一些呢？因为银是热的良导体；银匙要比铜匙的散热更快。回忆一下，放在热茶杯里的银匙是多么烫手！根据这一点，你甚至可以准确无误地确定制作茶匙的材料：铜匙是不会很快烫手的。

玻璃壁的不均匀膨胀，不仅威胁茶杯的完整性，并且还威胁到蒸汽锅炉的重要部分——用来确定锅炉水位的玻璃管液位计。玻璃管液位计的内壁在被蒸汽和沸水加热的时候，要比外壁膨胀得厉害。除了这种原因导致的张力之外，玻璃管液位计还要受到蒸汽和水的巨大压力，因此很容易破裂。为了防止破裂，有时候会使用双层玻璃来制作玻璃管液位计，两层玻璃的品质不同，里面一层的膨胀系数比外面一层要小。