학문
유리컵은 뜨거운 물에 약하고 도자기 컵은 비교적 잘 버티는 이유는?
유리컵이나 도자기 컵이나 둘 다 딱딱한 재료인데 온도 변화에 반응하는 방식들이 차이가 있습니다. 실제로 열팽창과 미세 균열의 관점에서 어떤 특성 차이를 보이나요?
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
유리는 열전도율이 낮고 구조가 치밀한 비경정질 상태라 뜨거운 물을 부으면 겉과 안의 온도 차로 인한 부동 팽창이 일어나며 발생하는 내부 응력을 견디지 못하고 쉽게 깨집니다 반면 도자기는 흙을 구울 때 형성된 미세한 기공들이 열팽창 시 완충 작용르 해주고 유리에 비해 열에 의한 변형이 적은 결정질 구조를 가지고 있어 온도 변화에 더 잘 버팁니다 유리는 탄성이 부족해 열 충격이 가해질 때 미세 균열이 순식간에 확장되지만 도자기는 재질 특성상 그 에너지를 분산시키는 능력이 좋습니다
안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.
유리와 도자기는 투명도에서도 차이가 나지만 열에 반응하는 방식이 다른 이유는 구조와 열팽창계수의 차이 때문입니다.
유리는 고체이긴 하지만 내부의 원자배열이 불규칙한 비정질 형태를 띄고 있습니다. 그래서 안과 밖의 구조가 다르다보니 매우 낮은 열전도성을 가집니다. 하지만 안밖의 온도차이가 커지면 열팽창계수가 높지만 부피차이 때문에 미세균열 전파가 빨리 쉽게 깨어질 수 있습니다
도자기의 경우는 흙을 구원 만든 재료라 미세한 구멍을 가지고 있습니다. 열전도성은 유리보단 높지만 기공이 단열역할을 하여 열전도율은 낮고 이러한 기공때문에 열팽창을 막아주어 상대적으로 유리보다 미세균열에 강합니다.
그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
유리와 도자기는 둘 다 딱딱하지만 열을 전달하는 속도, 즉 열전도율에서 큰 차이가 있어요. 유리는 열전도율이 상대적으로 높아서 뜨거운 물이 닿은 안쪽 면이 빠르게 팽창하는 반면, 바깥쪽은 아직 차가운 상태로 남아요. 이렇게 안팎의 팽창 차이가 순간적으로 벌어지면서 내부에 인장 응력이 생기고, 이 힘이 유리의 한계를 넘으면 균열이 생기거나 깨지는 거예요. 이걸 열충격이라고 불러요.
도자기는 사정이 달라요. 도자기는 내부에 미세한 기공이 많은 다공성 구조인데, 이 기공들이 열팽창으로 생긴 응력을 흡수하고 분산시키는 완충 역할을 해요. 또한 도자기는 제작 과정에서 1200도 이상의 고온으로 소성하면서 이미 극심한 열변화를 겪은 재료이기 때문에 구조 자체가 온도 변화에 단련되어 있어요.
정리하면 유리는 균일한 구조라서 열응력이 한 곳에 집중되기 쉽고, 도자기는 다공성 구조가 그 힘을 골고루 분산시켜주기 때문에 같은 뜨거운 물에도 버티는 능력이 다른 거랍니다.