Раньше чем разлить чай по стаканам, опытная хозяйка, заботясь об их
целости, не забывает положить в них ложки, особенно если они серебряные.
Житейский опыт выработал вполне правильный прием. На чем он основан?
Уясним себе прежде, почему вообще стаканы трескаются от горячей воды.
Причина – неравномерное расширение стекла. Горячая вода, налитая в
стакан, прогревает его стенки не сразу: сначала нагревается внутренний
слой стенок, в то время как наружный не успевает еще нагреться. Нагретый
внутренний слой тотчас же расширяется, наружный же остается пока
неизменным и испытывает, следовательно, сильный напор изнутри.
Происходит разрыв – стекло лопается.
Не думайте, что вы обеспечите себя от таких "сюрпризов”, если
обзаведетесь толстыми стаканами. Толстые стаканы – как раз самые
непрочные в этом отношении: они лопаются чаще, нежели тонкие. Это и
понятно: тонкая стенка прогревается быстрее, в ней быстрее
устанавливаются равномерная температура и одинаковое расширение, – не
так, как в толстом, медленно прогревающемся слое стекла.
Об одном только не надо забывать, выбирая тонкую стеклянную посуду:
тонкими должны быть не только боковые стенки, но и дно стакана. При
наливании горячей воды нагревается главным образом дно; если оно толсто,
стакан растрескается, как бы тонки ни были его стенки. Легко лопаются
также стаканы и фарфоровые чашки с толстым кольцеобразным выступом
внизу.
Чем стеклянный сосуд тоньше, тем увереннее можно подвергать его
нагреванию. Химики пользуются очень тонкими сосудами и кипятят в них
воду прямо на горелке, не тревожась за целость сосуда.
Конечно, идеальной посудой была бы такая, которая вовсе не расширялась
бы при нагревании. Чрезвычайно мало расширяется кварц: в 15 – 20 раз
меньше, чем стекло. Толстый сосуд из прозрачного кварца может быть как
угодно нагрет – он не лопнет. Можно смело бросить кварцевый сосуд,
нагретый до красного каления, в ледяную воду, не опасаясь за его целость
[Кварцевая посуда удобна для лабораторного употребления еще тем, что
она очень тугоплавка: кварц размягчается только при 1700°]. Это связано
отчасти и с тем, что теплопроводность у кварца значительно больше, чем у
стекла.
Стаканы лопаются не только при быстром нагревании, но и при резком
охлаждении. Причина – неравномерное сжатие: наружный слой, охлаждаясь,
стягивается и сильно сдавливает внутренний слой, еще не успевший
охладиться и сжаться. Поэтому не следует, например, банку с горячим
вареньем выставлять на резкий холод, погружать в холодную воду и т. п.
Вернемся, однако, к чайной ложечке в стакане. На чем основано ее предохраняющее действие?
Резкое различие в нагревании внутреннего и наружного слоя стенок
бывает лишь тогда, когда в стакан сразу наливается очень горячая вода;
вода теплая не вызывает резкой разницы в нагревании, следовательно, и в
натяжении различных частей стекла. От теплой воды посуда не лопается.
Что же происходит, если в стакан положена ложечка? Попав на дно, горячая
жидкость, прежде чем нагреть стекло (которое плохо проводит тепло),
успевает отдать часть своей теплоты хорошему проводнику – металлу;
температура жидкости понижается; из горячей она делается теплой и потону
почти безвредной. Дальнейшее же приливание горячего чая не столь уже
опасно для стакана, так как он успел немного прогреться.
Словом, металлическая ложка в стакане (особенно если она массивна)
сглаживает неравномерность нагревания стакана и тем предотвращает
растрескивание стекла.
Но почему лучше, если ложка серебряная? Потому что серебро – хороший
проводник тепла; серебряная ложка быстрее отнимает теплоту от воды,
нежели медная. Вспомните, как серебряная ложка в стакане с горячим чаем
обжигает руку! По этому признаку вы даже можете безошибочно определять
материал ложки: медная ложка пальцев не обжигает.
Неравномерное расширение стеклянных стенок ставит под угрозу целость не
только чайных стаканов, но и ответственных частей парового котла – его
водомерных трубок, по которым определяется высота воды в котле.
Внутренние слои этих стеклянных трубок, нагреваемые горячим паром и
водой, расширяются больше наружных. К натяжению, порождаемому этой
причиной, прибавляется еще сильное давление пара и воды в трубке, отчего
она легко может лопнуть. Чтобы предотвратить это, изготовляют иногда
водомерные трубки из двух слоев стекла разных сортов: внутренний слой
имеет меньший коэффициент расширения, нежели наружный.
Учителю физики и ученикам
