成都科協說玻璃是液體?固體和液體的分界線到底在哪?

科學燈塔 發佈 2022-09-15T08:40:56.374298+00:00

玻璃的出現與使用在人類的生活里已有四千多年的歷史,從4000年前的美索不達米亞和古埃及的遺蹟里,都曾有小玻璃珠的出土。在生活中玻璃無處不在,當有人問起:玻璃是固體還是液體?相信很多人都會不假思索地說出答案:「玻璃當然是固體了」。但事實真是這樣嗎?

玻璃的出現與使用在人類的生活里已有四千多年的歷史,從4000年前的美索不達米亞和古埃及的遺蹟里,都曾有小玻璃珠的出土。在生活中玻璃無處不在,當有人問起:玻璃是固體還是液體?相信很多人都會不假思索地說出答案:「玻璃當然是固體了」。但事實真是這樣嗎?我們不要急著下結論,因為這個問題其實不簡單。

玻璃

玻璃是非晶無機非金屬材料,一般是用多種無機礦物。如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石等為主要原料,另外加入少量輔助原料製成的。它的主要成分為二氧化矽和其他氧化物。廣泛應用於建築物,用來隔風透光,屬於混合物。

玻璃看上去大多數都是一樣的,但它卻分為很多類。不同種類的玻璃特點也是不一樣的,我們看看常見的幾種玻璃:

鋼化玻璃;安全性高,玻璃碎了也成蜂蜜狀的鈍角碎小顆粒不會對人體受到傷害。如果是普通玻璃碎了的話,一定會有大面積的尖銳碎塊,會對人體造成威脅。

強度高比同等厚度的玻璃強度高出3~5倍,具有良好的熱穩定性,可承受200℃的溫度變化。

中空玻璃;隔音效果好它是最理想的隔音材料,一般可降低噪音30分貝。具有良好的防結露起霧性能。

夾膠玻璃;就算玻璃破碎了,也可以保持在原有的框架內。對太陽光中的紫外線阻隔作用高達99%以上,可避免紫外線輻射。如果採用多層夾膠玻璃的話,可以製造出多種級別的防彈、防爆玻璃。

目前,國內99%車型的前擋風玻璃為夾層玻璃。夾層玻璃是安全玻璃,如果遇到外力或石擊,玻璃只會裂開,是不會破碎的。後擋風和側窗玻璃則多是鋼化玻璃,鋼化玻璃一旦受到強大的外力會破碎,形成細小的顆粒狀,可以減少對人身的傷害。而且前後擋風玻璃都是靠專業玻璃膠固定到車身上的。

但近年來,卻有一場汽車玻璃修復騙局,這到底是怎麼一回事呢?

汽車液體修復玻璃是不是騙局

經常網購的小夥伴,可能看到過當汽車玻璃裂了拿玻璃修復用的樹脂膠一塗,過個幾分鐘,裂紋就不見了。

很多人一看,這「神奇」的效果,忍不住「剁手」了。但是買過來卻與商家宣傳的效果差別有點大。

正常來說玻璃修復是需要把空氣抽乾淨,然後將玻璃修復膠注入到裂縫裡面。這樣玻璃的裂縫就看不出來了,只有撞擊點位置會留下一個半透明的小點。

2017年,關於玻璃的物質形態問題,一直困擾著物理學家。

也在當年的8月15日,中國科學院物理研究所汪衛華院士在接受採訪時說道:「實際上,玻璃是原子運動得很慢的液體。液體的原子不停地在動,但玻璃裡面的原子移動極其緩慢,要比一般液體中原子運動慢20~30個量級。」為了說明一般液體中原子運動速度與玻璃中原子運動速度的巨大差距,汪衛華做了一個形象的比喻:「原子在一般液體中移動的速度比火箭還要快,而在玻璃中運動的速度比蝸牛還要慢。」

那麼玻璃中的原子是如何緩慢運動的?

換句話說,玻璃是怎樣流動的呢?

中世紀教堂的古老窗戶玻璃總是下部比上部厚,就是由玻璃在重力作用下的流動導致的。上百年的瀝青滴漏實驗證明,非晶態瀝青看上去雖是固體,但實際上是粘性極高的液體,它在室溫環境下流動極為緩慢。

並且在權威雜誌《科學》也將「玻璃態物質的本質是什麼」列為125個最具挑戰性的科學前沿問題之一。從宏觀角度來看,玻璃具有形狀和硬度是固體物質的一般屬性,但是從微觀角度來看卻並不是如此。

關於玻璃到底是液體還是固體呢?我們先簡單介紹玻璃是晶體還是非晶體。

在自然界中的固態物質分為兩類,一類是晶體,另一類是非晶體。從宏觀上看,晶體都有自己獨特的、呈對稱性的形狀,如食鹽呈立方體;冰呈六角稜柱體等。而非晶體的外形則是不規則的。

通性玻璃是一種無規則結構的非晶態固體。從微觀上看,玻璃也是一種液體,其分子不像晶體那樣在空間具有長程有序地排列,而近似於液體那樣具有短程有序。玻璃像固體一樣保持特定的外形,不像液體那樣隨重力作用而流動。

事實上,玻璃是沒有熔點的,只有軟化點。通常軟化點600度左右,隨著溫度的增高,其流動性會越來越好。

其實玻璃既不是液體也不是固體。

根據美國科學家菲利普·吉布斯指出,從分子動力學和熱力學的角度來說,玻璃可以看成是高黏度的液體,是無定形固體,或是既不是液體也不是固體的另一態。

簡單地說就是,它不是晶體,也不是非晶體,更不是多晶體,甚至就連混合態都說不上。但在常溫下玻璃在宏觀上是一種固態物質,所以只能把它稱作為「玻璃態」。

當液體的玻璃慢慢冷卻後成為固體,我們很難說出液態玻璃與固態玻璃之間有什麼確切的界限。

那麼固體和液體的分界線到底在哪?

你要清楚一件事情,儘管是在同一個學術領域,例如物理,不同的小類中對一件事物的定義也是不一樣的。原因在於你去研究這個事物的角度不一樣,你的需求就不一樣,因此定義也會不一樣。我們還是以玻璃為例,從兩個角度來區分。

首先從結構上來說,我們都知道什麼是晶體,結構有序的物體是固體,而結構無序的都是液體,從這一點我們就可以把玻璃歸納為液體。

其次從力學上來說,有流體這個概念,定義是能流動的物體,受到微小的剪切力就會發生連續的形變。從這個角度,玻璃又可以歸為固體。

所以,當你要區分一個東西是固體還是液體,我們要從不同的角度去區分。當然在生活中根本就不用那麼細心的去區分,我們只要知道可以流動的就是液體,而硬的不可流動的就是固體。當然還有一種說法,就是既不是固體也不是液體。

在這裡就有人會說,你這說來說去還是沒有說液體跟固體的分界線在哪呀?就這麼說吧!固體和液體沒有具體的分界線。

現今隨著玻璃生產的工業化和規模化,各種用途和各種性能的玻璃相繼問世。

當代玻璃應用的一大領域是藝術玻璃和裝飾玻璃。玻璃已經擺脫早期追求實用的桎梏,開始往精美化發展。大到汽車、建築,小到鐘錶錶盤、鏡框、手機無不例外都有玻璃的身影。

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