从茶杯谈到水表管

一位有经验的主妇,当她把热茶倒进客人的玻璃茶杯里时,为了避免杯子破裂,总不会忘记把茶匙放在杯子里,最好是银茶匙。是生活上的经验教会她这个正确的做法的。那么,这个做法的原理是什么呢?

首先,我们要明白,在倒开水的时候,杯子为什么会破裂。

原因是玻璃的各部分没有能够同时膨胀,倒进杯子里的开水,没有能够同时把茶杯烫热。开水首先烫热了杯子的内壁,但是这时候,外壁却还没有来得及被烫热。内壁烫热以后,立刻就膨胀起来,但是外壁还暂时不变,因此受到了从内部来的强烈的挤压,这样外壁就给挤破了——玻璃就破裂了。

千万不要以为杯子厚就不会烫裂。厚的杯子在这方面来说,恰好是最不可靠的,反而要比薄的更容易烫裂。这原因很明显,薄的杯壁很快就会烫透,因此这种杯子内外层的温度很快会相等,也就会同时膨胀,但是厚壁的杯子呢,厚层的杯壁要烫透是比较慢的。

在选用薄的杯子或者别种薄的玻璃器皿的时候,有一点不要忘记,不但杯壁要薄,而且杯底也要薄。因为在倒开水的时候,烫得最热的恰好是杯子的底部。如果底太厚的话,那么,不论杯壁多么薄,杯子还是要破裂的。有厚厚的圆底脚的玻璃杯和瓷器,也是很容易烫裂的。

玻璃器皿越薄,加热时就越可以放心。化学家就是使用非常薄的玻璃器皿的,他们用这种器皿盛了液体,直接在灯上烧到沸腾,一点儿也不怕它会破裂。

当然,最理想的器皿应该是在加热时完全不膨胀的那一种。石英就是膨胀得非常少的一种材料,它的膨胀程度只等于玻璃的1/20~1/15。用透明的石英造成的厚壁器皿,可以随意加热也不会破裂。

玻璃杯不只在受到快速加热之后会破裂,就是在快速冷却的时候,也有同样的情形发生,原因是杯子各部分冷缩时候所受的压力并不平均。杯子的外层受冷收缩,强烈地压向内层,而内层却还没有来得及冷却和收缩。因此,举例来说,装有滚烫果酱的玻璃罐,决不可以立刻放到严寒的地方或直接浸到冷水里面去。而把烧到红热的石英器皿丢到冰水里,却不必担心它会破裂,因为石英的导热度比玻璃大。

好,让我们再回到玻璃杯里的银茶匙上来,究竟银茶匙是怎样保证杯子不破裂的呢?

只有当开水一下子很快倒进去的时候,玻璃杯内外壁的受热程度才会有很大差别。温水却不会使杯子各部分受热有很大差别,因此不会产生强大的压力,杯子也就不会破裂。假如杯子里放着一柄茶匙,那么会发生些什么情形呢?当开水倒进杯底的时候,在还没有来得及烫热玻璃杯(热的不良导体)之前,会把一部分的热分给了良导体的金属茶匙。因此,开水的温度减低了,它从沸腾着的开水变成了热水,对玻璃杯就没有什么妨碍了。至于继续倒进去的开水,对于杯子已经不那么可怕,因为杯子已经来得及略微烫热。

总而言之,杯子里的金属茶匙,特别是这柄茶匙如果非常大,可以缓和杯子受热的不平均,防止杯子的破裂。

但是,为什么说茶匙假如是银制的,就会更好一些呢?因为银是热的良导体,银茶匙要比不锈钢的茶匙散热更快。你一定知道,放在开水杯里的银茶匙是多么烫手。单凭这一点,你就已经可以确定茶匙的原料了,钢制的茶匙是不会感到灼手的。

玻璃器壁膨胀不平衡的现象,不但威胁玻璃杯的完整,并且还威胁蒸汽锅炉的重要部分——用来测定锅里水位的表管计。水表管只是一段玻璃管,由于内壁受到蒸汽和锅里沸水的作用,要比外壁膨胀得多。此外,蒸汽和水的压力更加强了管壁上所受的压力,因此水表管很容易破裂。为了防止它破裂,有时候用两层不同的玻璃管来做,里面一层的膨胀系数比外面一层小。