Kas olete kunagi mõelnud, miks veiniklaasid löögi tagajärjel tükkideks purunevad? Või tekkis mingi hetk hirm, etklaasistkas hoone seinad puruneksid ja langeksid? Klaasi struktuur on väga keeruline. See on raske ja tugev, kuid samas habras. Millegi nii tavalise puhul on klaasikillu taga olev teadus samuti keeruline.
Miks klaas puruneb?
Tegelikult on põhjus, miks klaasi on nii lihtne purustada, selle molekulaarstruktuuris.Klaas on valmistatud ränidioksiidist. Ränidioksiid moodustab jäiga, juhusliku molekulaarse võrgu. Erinevalt enamikust tahketest ainetest on klaasis olevad räni- ja hapnikuaatomid ühendatud juhuslike nurkade all ebakorrapärase mustriga.
Selline korratu paigutus annab klaasile läbipaistvuse ja seda on kuumutamisel lihtne vormida erineva kujuga. See aga tähendab ka seda, et nõrku kohti pole. Selle tulemusena puruneb klaas välise rõhu rakendamisel sakilisel ja kontrollimatult. Iga väiksemgi pinnaviga või kriimustus võib samuti saada stressi koondajaks. Kui pragu tekib, levib see kiiresti kogu materjalis.
Kui praod hakkavad levima, on neid raske peatada. Kuigi side räni ja hapnikuaatomite vahel on tugev. Kuid praol on raske suunda muuta või defekti serval peatuda. Räni-hapniku sidemete ebakorrapärase geomeetria tõttu jätkavad need lihtsalt juhusliku võrgu läbimist.Klaaspuudub korrapärane struktuur, mistõttu on raske ennustada, millal see puruneb.
Ainus viis klaasi löögikindluse parandamiseks on järjestatud molekulide paigutus. Täpselt nagu turvalisuskarastatud klaason kõrge, sest selle molekulaarne paigutus on järjestatud. Kiiresti kuumutades ja seejärel kiiresti jahutades saab klaasi sees tekitada survepinge. Need pinged aitavad takistada pragude levikut. Nii et karastatud klaas talub suuremat koormust. Kuid see ei tähenda, et see ei saaks puruneda. See lihtsalt puruneb turvalisemal kujul. See tähendab, et see laguneb pigem väikesteks osakesteks kui tavalise klaasi teravateks tükkideks.
Miks purustab kuumus klaasi?
Klaas puruneb, välja arvatud väliste jõudude mõjul. Samuti puruneb see termilise stressi korral. Kõrge temperatuuriga keskkondades põhjustab temperatuuri tasakaalustamatus klaasi ebaühtlast paisumist, mis avaldab survet selle struktuurile. Kui mõni klaasiosa kuumeneb, toimub paisumine. Kuid jahedamad piirkonnad ei laiene sama kiirusega.
Seega võite ette kujutada, et üks osa klaasist laieneb kiiresti, teine osa aga aeglaselt. Sel juhul tekib klaasi sees pinge. Nii et see tõmbab klaasi ja põhjustab selle deformatsiooni. Kui need pinged muutuvad liiga tugevaks,klaasistläheb katki. Tegelikult purustatakse klaas ainult selleks, et omaenda stressi vähendada. Kuid meie arvates on klaas liiga habras.
Termilise stressi tase sõltub ka kolmest tegurist
Temperatuuri erinevus
Mida suurem on temperatuuride erinevus klaasi kuuma ja külma osa vahel, seda suurem on pinge.
Temperatuuri muutumise kiirus
Üldiselt, kui temperatuur tõuseb või jahtub kiiresti, on klaasi paisumise või kokkutõmbumise kiirus kiirem. Mis suurendab stressi.
Klaasi paksus ja kuju
Õhem, ebakorrapärasem klaas puruneb tõenäolisemalt. Sest see ei talu temperatuurikõikumisi.
Termilise stressi minimeerimiseks vältige klaasi kokkupuudet äärmuslike või kiirete temperatuurimuutustega. Näiteks ärge valage külma klaasi keeva veega ja ärge jätke klaasi külmumistemperatuuridele. See kiire temperatuurimuutus muudabklaasistsuurem tõenäosus puruneda. Klaasi kaitsmine termilise stressi eest on klaasi purunemise vältimise võti. Seetõttu peaksime oma elus tähelepanu pöörama klaasi temperatuurikeskkonnale.
