熱湯は、金属製の蓋をガラス製の瓶よりも速い速度で膨張させることにより、ガラス製の瓶から金属製の蓋を取り外すのに役立ちます.これにより、金属製の蓋とガラス瓶の間に隙間ができ、最終的に蓋が飛び出します.
金属のふたはガラスの瓶よりも速い速度で膨張し、金属のふたとガラスの瓶の間に隙間ができます。この隙間は、金属製の蓋が膨張するにつれて大きくなり、ジャーから蓋が飛び出すまで続きます。
ふきんを使う。ナイフを使用してください。カウンターに叩きつけます。手を使え！ インターネットには、金属製のふたが付いた頑固なガラス瓶の開け方に関するヒントがたくさんあります。ただし、少しの科学とお湯があれば、何か特別なことをする手間を省くことができます。ふたはパッと開くだけ。出来上がり！
熱膨張 瓶を熱湯の下で走らせるとどうなるか。しかし、プロセスはどのように機能するのでしょうか?
熱膨張
ほとんどの物質は高温で膨張し、低温で収縮します。熱にさらされたときに材料が膨張する現象は、熱膨張として知られています。 .
資料の中身
すべての物質は、原子と呼ばれる基本的なビルディング ブロックで構成されています。何百万もの原子が分子を構成し、物質はそのような分子の数で構成されています。固体では、これらの分子は結晶構造として知られる特定のパターンで配置されます。それらは、分子間引力として知られる強い引力の結果として、構造内でしっかりと保持されます。 .結晶構造内では、分子は固定位置内で連続的に振動しています。
暖房の効果
熱は、高温の物体から低温の物体に伝達される内部エネルギーです。このプロセスは、熱エネルギー移動とも呼ばれます。 .材料が加熱されるか、またはお湯などの熱源から熱を受けると、材料内の分子がこの熱エネルギーを吸収します。
熱エネルギーは、カフェインが人間に与えるのと同じように分子に作用します。それはエネルギーを高めます。以前は固定位置で振動していた分子が、この追加のエネルギーで上下に跳ね返り始めます。したがって、すべての分子は、これらのエネルギー振動に対応するために以前よりも多くのスペースを占有し、材料を膨張させます.
結晶構造の影響
金属は組織化された結晶構造を持っています。つまり、金属の原子と分子は特定の位置を占めています。したがって、熱は材料全体に均等に分散され、均一な速度で膨張することができます。一方、ガラスはもろい。ガラスの結晶構造は、非常にランダムに配置された原子と分子の多数の小さなポケットで構成されています。このまとまりのない配置は、アモルファス構造として知られています。 熱エネルギーが材料全体に均等に分散されるのを防ぐ障害物コースのように機能します。
左：規則的な結晶構造、右：無秩序なアモルファス構造
(編集された画像、元のソース:Cdang/ウィキメディア コモンズ)
金属の蓋とガラスの瓶
金属製の蓋とガラス製の瓶は、異なる量の熱エネルギーを吸収するため、異なる速度で膨張します。金属は熱の良導体であるため、温水からの熱エネルギーをより簡単に吸収することができます。一方、ガラスは熱の悪い伝導体であるため、熱エネルギーも吸収できません。当然、結果として、金属の蓋とガラスの瓶は異なる速度で膨張します。
熱エネルギーの移動は、必ずしも物質の移動を伴うわけではありません。瓶の上にお湯が流れていますが、金属の蓋もガラスの瓶も水を吸収しません。水が運ぶ熱エネルギーのみを吸収します。
金属製のふたは、ガラス瓶よりも速く膨張します (画像提供元:Pixabay)
材料が加熱時に膨張できる程度を示す量は、熱膨張係数として知られています。 .通常、瓶の蓋に使用されるアルミニウムの熱膨張係数は、摂氏 1 度あたり 23 × 10⁻6 です。これは、温度が摂氏 1 度上昇するたびに、アルミニウムが元の寸法の 0.000023 倍膨張することを意味します。反対に、ガラスの熱膨張係数は摂氏 1 度あたりわずか 9 × 10-6 であり、アルミニウムよりもはるかに低い値です。
予想どおり、金属製の蓋はガラス製の瓶よりも速い速度で膨張し、金属製の蓋とガラス製の瓶の間に隙間ができます。この隙間は、金属製の蓋が膨張するにつれて大きくなり、ジャーから蓋が飛び出すまで続きます。
熱膨張のその他の例
エッフェル塔は熱膨張の典型例です (画像提供元:Pixabay)
- エッフェル塔はすべて錬鉄でできています。ご存じないかもしれませんが、タワー内の鉄の熱膨張により、毎年夏にタワーの高さが約 6 インチ増加します!
- いいえ、あなたの家はお化けではありません。熱いシャワーを浴びるとパイプがきしむ音がすることがあります。これは、お湯がパイプを膨張させるためです。水が冷めるとパイプが収縮し、独特のきしみ音が発生します。
- 歯の詰め物で歯が痛くなることがよくあります。熱いものを摂取すると、金属の詰め物が歯のエナメル質よりも速い速度で膨張し、歯が過敏になり、不快感を引き起こす可能性があります。
