Har du någonsin undrat varför vinglas går sönder vid stötar? Eller fanns det ett ögonblick av rädsla för attglasskulle byggnadens väggar gå sönder och falla? Glasets struktur är mycket komplicerad. Det är hårt och starkt, men det är samtidigt skört. För något så vanligt är vetenskapen bakom krossat glas också komplex.
Varför går glaset sönder?
Faktum är att anledningen till att glas är så lätt att bryta är på grund av dess molekylära struktur.Glas är tillverkat av kiseldioxid. Kiseldioxid bildar ett stelt, slumpmässigt molekylärt nätverk. Till skillnad från de flesta fasta ämnen är kisel- och syreatomerna i glas anslutna i slumpmässiga vinklar i ett oregelbundet mönster.
Detta oordnade arrangemang ger glaset genomskinlighet och är lätt att forma till olika former när det värms upp. Det betyder dock också att det inte finns några svaga punkter. Som ett resultat, när yttre tryck appliceras, kommer glaset att gå sönder på ett taggigt, okontrollerat sätt. Alla små ytdefekter eller repor kan också bli en stresskoncentrator. När en spricka väl utlöses sprider den sig snabbt över hela materialet.
När sprickor börjar sprida sig är de svåra att stoppa. Även om bindningen mellan kisel- och syreatomerna är stark. Men det är svårt för sprickan att ändra riktning eller stanna vid kanten av defekten. På grund av den oregelbundna geometrin hos kiselsyrebindningarna kommer de helt enkelt att fortsätta att passera genom det slumpmässiga nätverket.Glassaknar en ordnad struktur, så det är svårt att förutse när det går sönder.
Det enda sättet att förbättra slagtåligheten hos glas är att införa ett mer ordnat molekylärt arrangemang. Precis som säkerheten förhärdat glasär hög beror det på att dess molekylära arrangemang är ordnat. Genom snabb uppvärmning och sedan snabb kylning kan tryckspänning skapas inuti glaset. Dessa spänningar hjälper till att motverka spridningen av sprickan. Så härdat glas tål en högre belastning. Men det betyder inte att den inte kan gå sönder. Det går bara sönder i en säkrare form. Det vill säga, det går sönder i små partiklar, snarare än de vassa bitarna av vanligt glas.
Varför bryter värme glas?
Glas kommer att gå sönder förutom när det påverkas av yttre krafter. Den går också sönder när den utsätts för termisk stress. I högtemperaturmiljöer gör obalansen i temperatur att glaset expanderar ojämnt, vilket sätter press på dess struktur. När ett område av glaset blir varmt sker expansion. Men kallare regioner expanderar inte i samma takt.
Så du kan föreställa dig att en del av glaset expanderar snabbt, medan den andra delen expanderar långsamt. I detta fall kommer stress att skapas inuti glaset. Så det drar i glaset och gör att det deformeras. Om dessa påfrestningar blir för allvarliga,glaskommer att gå sönder. I själva verket är glaset krossat bara för att minska sin egen stress. Men enligt vår mening är glaset för ömtåligt.
Termiska spänningsnivåer beror också på tre faktorer
Temperaturskillnad
Ju större temperaturskillnad mellan den varma delen och den kalla delen av glaset, desto större spänning.
Temperaturförändringens hastighet
Generellt sett, när temperaturen stiger eller svalnar snabbt, är hastigheten för glasexpansion eller kontraktion snabbare. Vilket ökar stressen.
Glasets tjocklek och form
Tunnare, mer oregelbundna glas är mer benägna att gå sönder. Eftersom den inte tål temperatursvängningar.
För att minimera termisk stress, undvik att utsätta glaset för extrema eller snabba temperaturförändringar. Häll till exempel inte kokande vatten över kallt glas och utsätt inte glaset för minusgrader. Denna snabba temperaturförändring gör attglasmer benägna att gå sönder. Att skydda glas från termisk stress är nyckeln till att förhindra glasbrott. Därför bör vi vara uppmärksamma på glasets temperaturmiljö i vårt liv.
