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從避免茶杯破裂談到水表管

一位有經驗的家庭主婦,當她把熱茶倒到客人的茶杯裡去的時候,為了避免杯子破裂,總不會忘記把茶匙放在杯子裡,最好是銀茶匙。是生活上的經驗教會她這個正確的做法的。那麼,這個做法的原理是什麼呢?


  首先,我們要明白,在倒開水的時候,杯子為什麼會破裂。

 這原因是玻璃的各部分沒有能夠同時膨脹,倒到杯子裡去的開水,沒有能夠同時把茶杯燙熱。它首先燙熱了杯子的內壁,但是這時候,外壁卻還沒有來得及給燙熱。內壁燙熱以後,立刻就膨脹起來,但是外壁還暫時不變,因此受到了從內部來的強烈的擠壓。這樣外壁就給擠破了──玻璃破裂了。

  你千萬不要以為杯子厚就不會燙裂。厚的杯子在這方面來說,恰好是最不可靠的;厚的杯子要比薄的更容易燙裂。這原因很明顯。薄的杯壁很快就會燙透,因此這種杯子內外層的溫度很快會相等,也就會同時膨脹;但是厚壁的杯子呢,那一厚層的杯壁要燙透是比較慢的。

  在選用薄的杯子或者別種薄的玻璃器皿的時候,有一點不要忘記:不但杯壁要薄,而且杯底也要薄。因為在倒開水的時候,燙得最熱的恰好是杯子的底部;假如底太厚的話,那麼,不論杯壁多麼薄,杯子還是要破裂的。有厚厚的圓底腳的玻璃杯和瓷器,也是很容易燙裂的。

  玻璃器皿越薄,把它加熱就越可以放心。化學家就是使用非常薄的玻璃器皿的,他們用這種器皿盛了液體,就直接在燈上燒到沸騰,一點也不怕它會破裂。

  當然,最理想的器皿應該是在加熱時候完全不膨脹的那一種。石英就是膨脹得非常少的一種材料,它的膨脹程度大約只等於玻璃的1/15到1/20。用透明的石英製成的厚壁器皿,可以隨意加熱也不會破裂。你可以把燒到紅熱的石英器皿丟到冰水裡,也不必擔心它會破裂。這一半是因為石英的導熱度也比玻璃大。

  玻璃杯不只在受到很快加熱之後才會破裂,就是在很快冷卻的時候,也有同樣的情形發生,原因是杯子各部分冷縮時候所受的壓力並不平均。杯子的外層受冷收縮,強烈地壓向內層,而內層卻還沒有來得及冷卻和收縮。因此,舉例來說,裝有滾燙果醬的玻璃罐,決不可以立刻放到嚴寒的地方或直接浸到冷水裡面去。

  好,讓我們再回到玻璃杯裡的銀茶匙上來,究竟銀茶匙是怎樣保證杯子不破裂的呢?

  玻璃杯的內外壁,只有當開水一下子很快倒進去的時候,受熱程度才會有很大差別;溫水卻不會使杯子各部分受熱有很大差別,因此也不會產生強大的壓力,杯子也就不會破裂。假如杯子裡放著一柄茶匙,那麼會發生些什麼情形呢?那時候,當開水倒進杯底的時候,在還沒有來得及燙熱玻璃杯(熱的不良導體)之前,會把一部分的熱分給了良導體的金屬茶匙,因此,開水的溫度減低了,它從沸騰著的開水變成了熱水,對玻璃杯就沒有什麼妨礙了。至於繼續倒進去的開水,對於杯子已經不那麼可怕,因為杯子已經來得及略為燙熱了。

  總而言之,杯子裡的金屬茶匙,特別是這柄茶匙如果非常大,是會緩和杯子受熱的不平均,因而防止杯子的破裂的。

  但是,為什麼說茶匙假如是銀製的,就會更好一些呢?因為銀是熱的良導體;銀茶匙要比不銹鋼的茶匙散熱得更快。你一定知道,放在開水杯裡的銀茶匙是多麼燙手!單憑這一點,你就已經可以毫無錯誤地確定茶匙的原料了,鋼製的茶匙是不會感到燙手的。

  玻璃器壁膨脹不平衡的現象,不但威脅玻璃杯的完整,並且還威脅蒸汽鍋爐的重要部分──用來測定鍋裡水位的水表計。水表管只是一段玻璃管,由於內壁受到蒸汽和鍋裡沸水的作用,要比外壁膨脹得多。此外,蒸汽和水的壓力更加強了管壁上所受的壓力,因此,這個管子(水表管)很容易破裂。為了防止它破裂,有時候用兩層不同的玻璃管來做,裡面一層的膨脹係數比外面一層小。
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