유리는 절연체이므로 유리가 온도의 급속한 변화를 경험하면 한쪽의 한쪽은 다른 쪽보다 빨리 줄어들어 갈라집니다.
며칠 전, 나는 물 한 병을 냉동실에 넣어 물이 빨리 식 었습니다. 예상대로, 나는 그렇게했다는 것을 즉시 잊었습니다. 다음 날 냉동실을 열었을 때, 나는 물이 얼음 (예상 결과)과 병이 끊어지고 부러 졌다는 것을 발견했습니다 (예기치 않은 결과)! 따라서 내 하루의 문제… 왜 유리가 깨 졌습니까?
이에 대한 답을 얻으려면 열 평형과 유리를 열 전도체로 이해해야합니다. 그래서…
열 평형
열 에너지는 물체 또는 시스템의 온도와 관련된 에너지입니다. 열에 대해 이야기 할 때, 우리는 열 에너지를 한 물체에서 다른 물체로 전달하는 것을 언급하고 있습니다. 열은 전도, 대류 또는 방사선을 통해 전달됩니다. 일반적으로, 열 에너지의 교환 (및 한 형태로의 변화)과 관련된 법률을 열역학 법칙이라고합니다. 이 법은 모든 시스템의 온도 변화에 대한 이해를 지배합니다.
Zeroth 열역학 법 (사진 크레디트 :Fouad A. Saad/Shutterstock)
열역학 제 0 법칙
우리의 의문에 비추어, 가장 관련이있는 법은 열역학의 제로 법입니다. 이 법은 본질적으로“두 몸에 온도의 평등이있을 때 온도의 평등이 있습니다”라고 말합니다. 이는 온도가 다른 시스템이 접촉 할 때 시간이 지남에 따라 열 평형 지점에 도달한다는 것을 의미합니다. 이 법은 온도계의 기초를 형성하는 것입니다! 이것을 더 잘 이해하려면 열 평형이 무엇인지 정의하고 더 잘 이해합시다.
열 평형에 도달하는 두 개의 물체 (사진 크레디트 :Osweetnature/Shutterstock)
가장 간단한 용어로, 두 몸체가 열 평형 상태에있을 때, 그들은 서로 접촉하고 AT는 같은 온도에 있습니다. 따라서 몸 중 하나가 다른 몸보다 더 뜨거워지면 두 온도가 같은 온도가 될 때까지 시원한 몸에 열을 잃게됩니다.
온도 변화로 인해 유리가 어떻게 변하는가?
고체에는 세 가지 종류의 구조가 있습니다. 결정질, 다결정 또는 비정질. 비정질 고체는 그 구조에 균일 한 순서가 부족한 물질이며, 결정질 고체는 완벽하게 주문됩니다.
다결정 고체는 동일한 고체 내에 포함 된 여러 방향으로 여러 가지 다른 결정질 물질을 갖는 것입니다. 유리는 세라믹 물질이며 다른 비정질 고체의 여러 다른 조성물에서 발견됩니다. 유리는 종종 실리카로 만들어집니다. 실리카는 결정질과 비정질의 두 종류의 상태에 존재합니다.
유리 제조에 사용되는 실리카의 종류는 비정질 또는 비 결정형 종류입니다. 가장 흔한 종류의 유리는 비정질 실리카 또는 이산화 실리카 (SIO2)로 만들어진 광학적으로 투명한 세라믹과 약 30% (소스)의 산화 나트륨 (NAO), 석회 (CAO) 및 마그네시아 (MGO)입니다. 물체에 열이 공급되면 부피가 팽창하는 반면, 열을 잃으면 줄어 듭니다. 유리는 또한 온도의 변화를 겪을 때 이러한 방식으로 반응합니다.
세 가지 고체 구조의 표현 (사진 크레디트 :Nasky/Shutterstock)
전기와 마찬가지로 열은 좋은 지휘자와 나쁜 도체를 모두 가지고 있습니다. 유리는 열의 매우 나쁜 도체입니다. 이 특성은 비정질 구조 때문입니다. 세라믹의 무질서한 원자는 열 에너지를 안정적으로 전달할 수 없습니다. 절연 특성으로 인해 온도가 각 측면에서 다른 경우 더 두꺼운 조각 (병과 같은)은 크기가 불일치를 유발하기에 충분합니다. 유리가 열의 나쁜 도체이기 때문에 양측은 열 평형 상태에 도달하는 데 시간이 오래 걸립니다.
유리가 끊어지는 이유는 무엇입니까?
깨진 유리 병 (사진 크레딧 :Tim Pieloth/Shutterstock)
이러한 열역학적 특성으로 인해 유리 물체는 빠르게 변화하는 온도에 노출 될 때 파손에 취약합니다. 열을 매체를 통해 교환해야합니다.
우리의 질문에서, 두 물체는 차가운 공기와 유리 자체입니다. 차가운 공기는 열이 손실되는 매체 역할을합니다. 얼어 붙은 공기는 먼저 유리의 한쪽과 접촉하게되며, 유리의 그 쪽은 열이 빠르게 손실되어 결과적으로 수축됩니다. 유리의 양면이 앞에서 논의한 것처럼 동결 공기와 열 평형 상태에 도달 할 수 없기 때문에 온도의 대비가 존재합니다.
.따라서, 유리의 한쪽에서 열이 손실되면, 다른 쪽은 비교하여 따뜻해 지므로 더 확장됩니다. 팽창에서 의이 대비는 유리가 깨지거나 부러지게합니다.
