학문
처음처럼그때처럼
내열유리는 왜 급격한 온도변화에도 깨지지 않나요?
뜨거운 음식을 담아도 잘 안 깨지는 내열유리가 있는데, 일반 유리와 다르게 이런 재료가 급격한 온도 변화를 견딜 수 있는 이유가 궁금합니다.
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
유리가 온도 변화에 깨지는 건 열을 받은 부분만 팽창하기 때문이에요. 뜨거운 것이 닿은 면은 늘어나려 하고 아직 차가운 면은 그대로 있으니, 유리 내부에 서로 당기는 힘이 생겨 금이 가는 거죠.
내열 유리는 이 팽창 자체를 줄이는 방식이에요. 일반 유리에 붕소 산화물을 섞은 붕규산 유리는 열팽창 정도가 일반 유리의3분의 1수준이라, 안팎의 온도가 크게 달라도 늘어나는 양 자체가 작으니 내부에 쌓이는 힘도 작아요. 실험실 비커나 오븐 용기가 대부분 이 유리 예요. 애초에 몸을 안 움직이니 부딪힐 일도 없는 셈이죠.
강화유리는 접근이 다른데, 유리를 고온으로 데웠다가 표면만 급랭시키면 표면이 먼저 굳고 내부가 나중에 식으면서, 표면을 항상 눌러주는 압축력이 갇혀요. 유리는 눌리는 힘에는 강하고 당겨지는 힘에 약한데, 온도 차로 당기는 힘이 생겨도 미리 눌러둔 힘이 상쇄해 주는 거죠.
같은 문제를 하나는 재료 배합으로, 하나는 열처리로 해결한 거라 비교해보면 재밌어요 ㅎ_ㅎ, 다만 내열 유리도 한계온도차는 있어서 냉동실에서 꺼내 바로 끓는 물을 붓는 건 피하는게 좋아요. :)
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채택된 답변안녕하세요. 박재화 박사입니다.
내열유리는 일반 유리보다 열을 받았을 때 팽창하는 정도가 훨씬 작도록 재료 조성을 조절해서 만들어집니다.
대표적인 이런 유리가 붕규산유리인데, 붕소 성분을 넣어 열팽창계수를 낮추기 때문에 뜨거워져도 크기 변화가 비교적 적지요. 일반 유리는 한쪽만 갑자기 뜨거워지거나 차가워지면 부분별 팽창 차이 때문에 내부에 큰 응력이 생기면서 깨질 수 있습니다. 내열 유리는 이런 온도 차이로 생기는 응력이 작기 때문에 급격한 온도 변화에도 균열이 발생하기 어렵습니다.
물론 내열유리도 무조건 깨지지 않는 다는 것은 아닙니다. 제품별로 허용 온도차를 넘기거나 이미 흠집이 있는 경우라면 파손이 될 수 있습니다. 특히 뜨거운 내열유리를 젖은 차가운 바닥에 바로 놔버리면 극단적인 열충격이 발생하기 때문에 이런 행동은 피하시는 것이 좋겠습니다.
내열유리의 핵심은 높은 온도 자체보다도 급격한 온도 변화에서 생기는 내부 응력을 줄이도록 설계됐다는 점으로 보시면 되겠습니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
내열유리는 일반 유리보다 열팽창률이 매우 낮아 갑자기 뜨거워지거나 차가워져도 온도 변화에 따른 팽창 수축이 작습니다 유리는 온도가 급격히 변하면 부분적으로 팽창 정도가 달라져 내부에 열응력이 발생하고 이 응력이 커지면 균열이 생기면서 깨질 수 있습니다 내열유리는 주로 봉규산 유리처럼 열팽창이 작은 조성을 사요해 이러한 열응력을 크게 줄입니다 다만 내열 유리도 한계가 있으므로 갑작스러운 극심한 온도 차이나 충격을 받으면 깨지는 경우가 있습니다