Какие общие свойства у предметов из стекла
С давних пор для осветления и придания жилому помещению уюта делали окна. Атак как стекло было большой редкостью, то вместо него использовались другие материалы. К счастью, в настоящее время стекло не редкость: его используют везде и для разных целей. Причем купить можно не только обыкновенное оконнное стекло, но и цветное для изготовления витражей.
Все твердые тела делят на кристаллические и аморфные. Последние обладают свойством плавиться при достаточно высокой температуре. В отличие от кристаллических тел они имеют структуру лишь с небольшими участками упорядоченно соединенных ионов, причем эти участки соединены между собой так, что образуют асимметрию.
В науке (химия, физика) стеклом принято называть все аморфные тела, которые образуются в результате переохлаждения расплава. Эти тела вследствие постепенного увеличения степени вязкости оказываются наделенными всеми признаками твердых тел. Они также обладают свойством обратного перехода из твердого в жидкое состояние.
Стеклом в обыденной жизни называют прозрачный хрупкий материал. В зависимости от того или иного компонента, входящего в состав исходной стекломассы, в промышленности различают следующие виды стекла: силикатные, боратные, боросиликатные, алюмосиликатные, бороалюмосиликатные, фосфатные и другие.
Как и любое другое физическое тело, стекло обладает рядом свойств.
Физические и механические свойства стекла
Плотность стекол зависит от компонентов, входящих в их состав. Так, стекломасса, в больших количествах включающая оксид свинца, более плотная по сравнению со стеклом, состоящим помимо прочих материалов и из оксидов лития, бериллия или бора. Как правило, средняя плотность стекол (оконное, тарное, сортовое, термостойкое) колеблется от 2,24×10 в кубе — 2,9×10 в кубе кг/м3. Плотность хрусталя несколько больше: от 3,5 х 10 в кубе — 3,7 х 10 в кубе кг/м3.
Прочность. Под прочностью на сжатие в физике и химии принято понимать способность того или иного материала сопротивляться внутренним напряжениям при воздействии извне каких-либо нагрузок. Предел прочности стекла составляет от 500 до 2000 МПа (хрусталя — 700-800 МПа). Сравним эту величину с величиной прочности чугуна и стали: соответственно 600-1200 и 2000 МПа.
При этом степень прочности того или иного вида стекла зависит от химического вещества, входящего в его состав.
Более прочны стекла, включающие в свой состав оксиды кальция или бора. Низкой прочностью отличаются стекла с оксидами свинца и алюминия.
Предел прочности стекла на растяжение составляет всего 35-100 МПа. Степень прочности стекла на растяжение в большей степени зависит от наличия различных дефектов, образующихся на его поверхности. Различные повреждения (трещины, глубокие царапины) значительно снижают величину прочности материала. Для искусственного увеличения показателя прочности поверхность некоторых стеклоизделий покрывают кремнийорганической пленкой.
Хрупкость — механическое свойство тел разрушаться под действием внешних сил. Величина хрупкости стекла в основном зависит не от химического состава образующих его компонентов, а в большей степени от однородности стекломассы (входящие в его состав компоненты должны быть беспримесными, чистыми) и толщины стенок стеклоизделия.
Твердостью обозначают механическое свойство одного материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого. Определить степень твердости того или иного материла можно с помощью специальной таблицы-шкалы, отражающей свойства некоторых минералов, которые расположены по возрастающей, начиная с менее твердого, талька, твердость которого взята за единицу, и заканчивая самым твердым — алмазом с твердостью в 10 условно принятых единиц.
Часто твердость стекла «измеряют» с помощью шлифования, используя так называемый метод определения абразивной твердости. В таком случае ее величина устанавливается в зависимости от скорости отслаивания единицы поверхности стеклоизделия при определенных условиях проведения шлифовки.
Степень твердости того или иного вида стекла в основном зависит от химического состава входящих в него компонентов. Так, использование при создании стекломассы оксида свинца значительно снижает твердость стекла. И, напротив, силикатные стекла достаточно плохо поддаются механической обработке.
Теплоемкостью называют свойство тел принимать и сохранять определенное количество теплоты при каком-либо процессе без изменения состояния.
Теплоемкость стекла прямо зависит от химического состава компонентов, входящих в состав исходной стекломассы. Его удельная теплота при средней температуре равна 0,33-1,05 Дж/(кгхК). Причем чем выше в стекломассе содержание оксидов свинца и бария, тем ниже показатель теплопроводности. Но вот легкие оксиды, такие, например, как оксид лития, способны повысить теплопроводность стекла.
При изготовлении стеклоизделий следует помнить о том, что аморфные тела, обладающие низкой теплоемкостью, остывают значительно медленнее, чем тела с высоким показателем теплоемкости. У таких тел наблюдается также увеличение количества теплоемкости с повышением внешней температуры. Причем в жидком состоянии этот показатель растет несколько быстрее. Это характерно и для стекол различных типов.
Теплопроводность. Таким термином в науке обозначают свойство тел пропускать через себя теплоту от одной поверхности до другой, при условии, что у последних разная температура.
Известно, что стекло плохо проводит тепло (кстати, это свойство широко используется в строительстве зданий). Уровень его теплопроводности в среднем составляет 0,95-0,98 Вт/(м х К). Причем наболее высокий показатель теплопроводности отмечен у кварцевого стекла. С уменьшением доли оксида кремния в общей массе стекла или при замене его на любое другое вещество уровень теплопроводности понижается.
Температура начала размягчения — это такая температура, при которой тело (аморфное) начинает размягчаться и плавиться. Самое твердое —- кварцевое — стекло начинает деформироваться только при температуре 1200-1500 °С. Другие типы стекол размягчаются уже при температуре 550-650 0С. Эти показатели важно учитывать при различных работах со стеклом: в процессе выдувания изделий, при обработке краев этих изделий, а также при термической полировке их поверхностей.
Величина температуры начала плавления того или иного сорта и вида стекла определяется химическим составом компонентов. Так, тугоплавкие оксиды кремния или алюминия повышают температурный уровень начала размягчения, а легкоплавкие (оксиды натрия и калия), напротив, понижают.
Тепловое расширение. Этим термином принято обозначать явление расширения размеров того или иного тела под воздействием высоких температур. Эту величину очень важно учитывать при изготовлении стеклоизделий с различными накладками по поверхности. Материалы для отделок следует подбирать так, чтобы величина их теплового расширения соответствовала тому же показателю стекломассы основного изделия.
Коэффициент теплового расширения стекол прямо зависит от химического состава исходной массы. Чем больше в стекломассе щелочных оксидов, тем выше показатель температурного расширения, и, наоборот, присутствие в стекле оксидов кремния, алюминия и бора снижает эту величину.
Термостойкостью определяется способность стекла не поддаваться коррозии и разрушению в результате резкой смены внешней температуры. Этот коэффициент зависит не только от химического состава массы, но и от размера изделия, а также от величины теплоотдачи на его поверхности.
Оптические свойства стекла
Преломление света — так в науке называют изменение направления светового луча при его прохождении через границу двух прозрачных сред. Величина, показывающая преломлние света стекла, всегда больше единицы.
Отражение света — это возвращение светового луча при его падении на поверхность двух сред, имеющих различные показатели преломления.
Дисперсия света — разложение светового луча в спектр при его преломлении. Величина дисперсии света стекла прямо зависит от химического состава материала. Наличие в стекломассе тяжелых оксидов увеличивает показатель дисперсии. Именно этим свойством и объясняется явление так называемой игры света в хрустальных изделиях.
Поглощением света определяют способность той или иной среды уменьшать интенсивность прохождения светового луча. Показатель поглощения света стекол невысок. Он увеличивается лишь при изготовлении стекла с применением различных красителей, а также особых способов обработки готовых изделий.
Рассеяние света — это отклонение световых лучей в различных направлениях. Показатель рассеяния света зависит от качества поверхности стекла. Так, проходя сквозь шероховатую поверхность, луч частично рассеивается, и потому такое стекло выглядит полупрозрачным. Это свойство, как правило, используют при изготовлении стеклянных абажуров для ламп и плафонов для светильников.
Химические свойства стекла
Среди химических свойств необходимо особо выделить химическую стойкость стекла и изделий из него.
Химической стойкостью в науке называют способность того или иного тела не поддаваться воздействию воды, растворов солей, газов и влаги атмосферы. Показатели химической стойкости зависят от качества стекломассы и воздействующего агента. Так, стекло, не подвергающееся коррозии при действии воды, может деформироваться при воздействии щелочных и солевых растворов.
Источник
Надежда Талалай
Занятие в подготовительной группе «Свойства стекла и металла»
Цель: познакомить детей со свойствами стекла и металла.
Задачи: учить детей находить предметы из стекла и металла, сравнивать их; уточнить представления о том, какие предметы могут быть сделаны из стекла и металла; развивать любознательность; познакомить с профессией людей, работающих со стеклом и металлом.
Материалы и оборудование: предметы из стекла – стеклянная банка, стакан, колбочка, тарелочка, фигурка животного; из металла – ложка, кастрюля, кружка, чайник, скрепки, гайки; два камешка, деревянная палочка.
Ход занятия:
На столе у воспитателя разложены предметы, сделанные из стекла (аквариум, стеклянная банка, стакан, тарелочка, колбочка, фигурка животного, из металла (ложка, кастрюля, кружка, чайник, скрепки, гайки).
Воспитатель: Посмотрите внимательно на эти предметы, что вы можете о них рассказать?
Дети: Они разные: одни железные, другие стеклянные.
Воспитатель: Правильно. Мы сегодня с вами будем работать в научной лаборатории, будем определять свойства предметов, выполненных из стекла и металла. Давайте рассмотрим аквариум. Что вы в нем видите?
Дети: В нем лежит камешек.
Воспитатель: Каким свойством обладают стеклянные предметы?
Дети: Аквариум сделан из стекла, он прозрачный. Всё, что в нем находится видно.
Воспитатель: Правильно. А где ещё люди применяют стекло, чтобы использовать это свойство – прозрачность?
Дети: Моя бабушка носит очки, стекла прозрачные.
– Витрины магазинов сделаны из стекла, можно все рассмотреть.
– В автомобиле стекла тоже прозрачные, водителю хорошо все видно.
Воспитатель: Правильно, ребята. У нас в группе на окнах прозрачные стекла. А если стекла были бы темными?Дети: Мы бы не видели, что происходит на улице. В группе было темно, не было бы света и солнца.
Воспитатель: А теперь я возьму в руки кастрюлю. Что в ней лежит, вы видите?
Дети: Нет.
Воспитатель: В кастрюле тоже лежит камешек (показывает). Почему вы его не видите?
Дети: Кастрюля железная, она не прозрачная.
Воспитатель: Запомните это свойство – предметы, сделанные из металла непрозрачные.
Посмотрите, что произойдет с металлической коробочкой с ней, если она упадет на пол (роняет коробку на пол). Она разбилась?
Дети: Нет
Воспитатель: Приходилось ли вам нечаянно ронять на пол ложку, стакан? Что происходило с ними?
Дети: Стакан стеклянный разобьется, а ложка нет.
Воспитатель: Значит, стекло обладает ещё одним свойством, оно хрупкое (повторяет с детьми). Воспитатель: Металлические предметы прочные, твердые (повторите).
Давайте с вами проведем небольшой эксперимент. Опустим в таз с водой небольшое стеклышко и ложечку, что вы видите?
Дети: Они утонули.
Воспитатель: А теперь я опушу в воду деревянный карандаш. Что произошло?Дети: Он плавает.
Воспитатель: Карандаш плавает, потому что он какой?
Дети: Легкий.
Воспитатель: Правильно, а стеклышко и ложка какие? (тяжелые). Запомните еще одно свойство стекла и металла: они тяжелые (повторяет с детьми).
(Воспитатель предлагает детям постучать палочкой по стакану и по кастрюле). Отличается ли звук от этих предметов?
Дети: Если постучать по металлическим предметам, то услышим звонкий звук, а по стеклянным – тихий, глухой.
Воспитатель: Потрогайте предметы из стекла. Какие они на ощупь? (гладкие). Если ложка сделана из стекла, то она какая? (стеклянная, из металла (металлическая). Какими ложками мы обедаем за столом? Почему? (металлическими, они хорошо моются, не бьются.)
– Кто из вас с родителями был на рыбалке? Уху варили в каком ведерке? Почему? (в металлическом, потому что оно прочное).
Воспитатель предлагает детям налить воду в стеклянную банку и металлическую кастрюлю. Вытекает вода из них или нет? Вывод: стекло, и металлы обладают еще одним свойством – водонепроницаемостью (повторяет с детьми). Для сравнения налить воду в бумажный стаканчик, что вы видите?
– Что произойдет, если в стакан и кастрюлю нальем горячей воды? (дети трогают руками).
Дети: Они нагреются.
Воспитатель: Они обладают теплопроводностью. Металлические предметы можно нагреть до высокой температуры и придать им нужную форму. Это свойство применяют в своей работе кузнецы.
Воспитатель: Может ли человек обойтись без стеклянных и металлических предметов?
Дети: Нет. Они нужны нам каждый день.
Воспитатель: Правильно, ребята. Сейчас мы не представляем нашу жизнь без этих предметов. Все они необходимы нам. Но так было не всегда. Давным-давно люди не знали, что это такое. У них не было таких домов, как у нас с вами, не было посуды. Однажды человек увидел таинственную гору, которая извергала огонь и раскаленную лаву. Эта гора называется вулкан. Лава извергалась и разбрасывала далеко раскаленные камни. Человек заметил, что камни остывали и становились очень твердыми. Из этих камней он постепенно научился делать прочные ножи, топоры. С этими орудиями труда древний человек научился ходить на охоту и добывать зверя. Этот материал был назван металлом.
(Воспитатель показывает современную доменную печь, кузнеца). С металлом в настоящее время работают кузнецы, сварщики, токари, металлурги.
Стекло люди научились добывать очень давно. К песку добавляли специальные добавки, расплавляли их, и получалась прозрачная масса. Из нее затем вытягивали листы. Эти прозрачные листы мы видим и сейчас в оконных рамах. Кто вставляет стекла в рамы?
Дети: Стекольщики (рассматривают иллюстрации). у меня папа вставляет окна.
Воспитатель: Ещё одна профессия связана со стеклом, это стеклодувы. Из раскаленного стекла, они выдувают различные изделия: игрушки, фигурки животных, вазы. У нас в группе имеются такие игрушки, посмотрите на них (показывает).
Со свойствами каких предметов мы познакомились сегодня? Давайте назовем их.
Источник
Функциональные свойства. Каждое изделие из стекла независимо от назначения выполняет две основные функции: начальную – «принимает» и сохраняет пищу, напитки, и конечную – «отдает» пищу, напитки полностью или частично по мере необходимости. Выполнение изделием начальной функции зависит прежде всего от свойств стекла, а конечной функции – от конструктивного решения изделия. Действительно, благодаря неорганической природе стекла, его высокой плотности, химической и коррозийной устойчивости, стойкости к температурным и механическим воздействиям стеклянная посуда сохраняет свойства помещаемых в нее пищи и напитков.
Фактор функциональности обусловливает вариантность форм и размеров сосудов для спиртных напитков. В частности, для коньяков, характеризующихся специфическим ароматом, функционально пригодны сравнительно большие (75 куб.см) шаровидные сосуды, суживающиеся кверху, с тонкими стенками. Заполняемый только на треть, такой сосуд быстро воспринимает тепло руки, что усиливает аромат напитка. Высокие узкие либо низкие широкие сосуды функционально оправданы для шампанизированных вин. Их объемно-пространственное решение препятствует выплескиванию вина при быстром образовании пены благодаря высоте либо диаметру сосуда.
Приведенные выше примеры показывают, что функциональные «конечные» свойства посуды определяются свойствами пищи и напитков, для которых эта посуда предназначена, особенностями и традициями их приема и т.п.
Эргономические свойства по своему содержанию могут объединять две группы: гигиенические свойства и комфортность (удобство пользования).
Гигиенические свойства определяют соответствие посуды нормальным условиям жизнедеятельности людей в системе человек – изделие – среда и обусловлены химической стойкостью материала изделия и особенностью его конструкции. Посудные стекла имеют достаточную химическую стойкость и безвредны, но некоторые силикатные краски и ирризирующие составы, применяемые для их декорирования, содержат соли и оксиды тяжелых металлов. Поэтому устойчивость декоративных покрытий стеклянной посуды к воздействию различных сред, в том числе моющих, должна постоянно находиться в сфере внимания товароведов. Методы исследования этого свойства, главным образом химические, достаточно известны. Менее изучены такие гигиенические свойства посуды, как, например, загрязняемость. Можно полагать, что наличие углов, выступов, углублений, некоторые приемы украшения, создающие шероховатую поверхность, увеличивают загрязненность посуды.
Комфортность пользования посудой обусловлена тем, удобно ли ее держать, переносить, мыть, хранить и т.п. Например, удобство пользования кувшином в большой степени зависит от формы ручки, ее размера и положения на корпусе.
Удобство ухода за стеклянными изделиями во многом определяется диаметром и качеством обработки верхнего отверстия.
Надежность. Составными частями надежности стеклоизделий выступают долговечность и сохраняемость. Для стеклянной посуды не характерны безотказность и ремонтопригодность, она с полным основанием может быть отнесена к группе неремонтируемых изделий, следовательно, безотказность как свойство надежности совпадает с ее долговечностью.
Наибольшее значение в группе свойств надежности стеклянной посуды имеет долговечность и менее значимо свойство сохраняемости. Долговечность посуды в свою очередь следует рассматривать через свойства физической и моральной износостойкости. Так, появление в процессе эксплуатации недопустимых дефектов защитно-декоративных покрытий или самого стекла нужно расценивать как предельное состояние посуды вследствие ее физического износа. Изделия с приставными деталями менее надежны, чем без них, а легкие бокалы на высокой тонкой ножке в виде стеклянной пустотелой трубки быстрее разрушаются, чем аналогичные изделия с цельноформованной, более массивной ножкой.
Моральную износостойкость стеклянной посуды целесообразно рассматривать через износостойкость ее утилитарных или эстетических свойств. Так, физический износ стеклянной посуды повседневного пользования наступает значительно раньше морального.
Сохраняемость посуды в процессах транспортирования и хранения занимает особое место в характеристике ее надежности. Можно полагать, что значимость свойств, характеризующих сохраняемость посуды при транспортировании, выше, чем при хранении.
Эстетические свойства стеклянных изделий – целостность композиции, рациональность формы, информативность.
Целостность композиции основывается на объемно- пространственном и декоративном решении, а также строении, тектонике и пропорции формы.
Рациональность формы посуды проявляется через ее функциональную выразительность и выявленность свойств материала, через логичность формы и ее элементов, соответствие между формой и свойствами материала, между формой и технологией обработки.
Информативность посуды складывается из таких более простых свойств, как знаковость, оригинальность, соответствие стилю и моде. Примером изделий с четко выраженной знаковостью является посуда для детей. Оригинальность изделия характеризуется наличием в форме его совокупных признаков, обусловливающих отличие от изделий аналогичного назначения, материалов, техники исполнения.
Источник