将中空的厚壁玻璃球沉入极深海底,假如没有破裂,足够长的时间内,空腔内会渗入水汽吗?

恰恰她爸


1、玻璃球的受力状态

在深海中,玻璃球外层受到海水的压力,假设玻璃球不大,是均匀的,那么球体外侧受到均布的压力。整个球处于压应力的状态下。

钢化玻璃的及格线是极限压应力90MPa,我们就以这个值作为计算依据。地球上最深的海沟是马里亚纳海沟,深11034m,其底部的压强约1100个大气压,即111.4MPa。

具体玻璃内部产生多大的压应力,跟玻璃的厚度有关,如果假设是薄壁球体,那么压应力计算公式:

其中,p为海水压力,D为球体直径,t为厚度。虽然外压超过了玻璃的极限压应力,但是并不等于玻璃在这个外压下就会产生这么大的压应力。显然,厚度越厚,玻璃内部压应力就越小。

因此,从力学上来说,海水压力压不跨玻璃球,也就不会产生裂纹,海水就进不去。

2、玻璃球的微观角度

较大尺度上,实际上由于制造技术的限制,玻璃球体内总会含有各种杂质或气泡。90MPa的及格线针对的是整体,即已经考虑了内部缺陷。虽然,玻璃球在海水的高压下,内部缺陷很稳定,并没有扩大,而且没有连成一体。但是,这些存在的内部缺陷,却是水路的集合之地,是大道。

微观尺度上,玻璃的微观结构比较无序。晶体之间的空隙,就有可能是水路的小道。

3、分子扩散

客观上,玻璃微观结构存在空隙和制造技术造成的孔洞成为了海水入侵玻璃的通道。根据分子扩散论,无论是玻璃内的分子,还是海水分子,都在做无规则的热运动。在接触部位,水分子就会侵入玻璃,时间足够长的话,中空的玻璃球内部灌满了水。


一个非常流行的科学实验:科学家将铅和金放置在一起,5年后,从中间剖开,发现两者互相侵入了1mm。这成为了分子扩散论的有力证据。

总结

时间足够长,玻璃球内部会有水汽,甚至灌满海水。


力学Nerd王小胖


不会。

如题,假设是一个中空封闭玻璃球,二氧化硅分子间隙无法让水分子通过,无论再长的时间,再深的水底(不会破裂)。

如果有水气也只会是球内空气中所含的水分。


分享到:


相關文章: