Чудили ли сте се някога защо чашите за вино се чупят на парчета при удар? Или имаше момент на страх, честъклостените на сградата биха се счупили и паднали? Структурата на стъклото е много сложна. Той е твърд и здрав, но в същото време е крехък. За нещо толкова обичайно, науката зад счупеното стъкло също е сложна.
Защо стъклото се чупи?
Всъщност причината, поради която стъклото се чупи толкова лесно, е неговата молекулярна структура.Стъклото е направено от силициев диоксид. Силицият образува твърда, произволна молекулярна мрежа. За разлика от повечето твърди тела, силициевите и кислородните атоми в стъклото са свързани под произволни ъгли в неправилен модел.
Тази неподредена подредба придава на стъклото прозрачност и лесно се оформя в различни форми при нагряване. Това обаче означава също, че няма слаби места. В резултат на това, когато се приложи външен натиск, стъклото ще се счупи назъбено, неконтролирано. Всеки малък повърхностен дефект или драскотина също може да се превърне в концентратор на напрежение. След като се задейства пукнатина, тя бързо се разпространява в целия материал.
Когато пукнатините започнат да се разпространяват, те са трудни за спиране. Въпреки че връзката между силициевите и кислородните атоми е силна. Но е трудно пукнатината да промени посоката или да спре на ръба на дефекта. Поради неправилната геометрия на силико-кислородните връзки, те просто ще продължат да преминават през произволната мрежа.Стъклолипсва подредена структура, така че е трудно да се предвиди кога се счупи.
Единственият начин да се подобри устойчивостта на удар на стъклото е да се въведе по-подредена молекулярна подредба. Точно като безопасността назакалено стъклое високо, това е защото молекулярното му подреждане е подредено. Чрез бързо нагряване и след това бързо охлаждане може да се създаде напрежение на натиск вътре в стъклото. Тези напрежения помагат да се противодейства на разпространението на пукнатината. Така че закаленото стъкло може да издържи на по-голямо натоварване. Но това не означава, че не може да се счупи. Просто се чупи в по-безопасна форма. Тоест се разпада на малки частици, а не на острите парчета обикновено стъкло.
Защо топлината счупва стъклото?
Стъклото ще се счупи, освен когато бъде ударено от външни сили. Той също така се счупва, когато е подложен на термичен стрес. В среда с висока температура дисбалансът на температурата кара стъклото да се разширява неравномерно, което оказва натиск върху неговата структура. Когато част от стъкло се нагорещи, се получава разширение. Но по-хладните региони не се разширяват със същата скорост.
Така че можете да си представите, че една част от стъклото се разширява бързо, докато другата част се разширява бавно. В този случай напрежението ще се създаде вътре в стъклото. Така той дърпа стъклото и го кара да се деформира. Ако тези натоварвания станат твърде тежки,стъклоще се счупи. Всъщност стъклото се чупи само за да намали собствения си стрес. Но според нас стъклото е твърде крехко.
Нивата на топлинен стрес също зависят от три фактора
Температурна разлика
Колкото по-голяма е температурната разлика между горещата и студената част на стъклото, толкова по-голямо е напрежението.
Скоростта на промяна на температурата
Най-общо казано, когато температурата се повишава или охлажда бързо, скоростта на разширяване или свиване на стъклото е по-бърза. Което увеличава стреса.
Дебелината и формата на стъклото
По-тънкото, по-неправилно стъкло е по-вероятно да се счупи. Тъй като не издържа на температурни колебания.
За да сведете до минимум топлинния стрес, избягвайте излагането на стъклото на екстремни или бързи температурни промени. Например, не изливайте вряща вода върху студено стъкло и не излагайте стъклото на минусови температури. Тази бърза промяна на температурата правистъклопо-вероятно е да се счупи. Защитата на стъклото от топлинен стрес е ключът към предотвратяването на счупване на стъкло. Следователно трябва да обърнем внимание на температурната среда на стъклото в нашия живот.
