lo stato del vetro
Pol
Va considerato come un solido, in quanto mantiene la forma, oppure come
un fluido, in quanto la struttura microscopica non e' in equilibrio?
Personalmente, propendo per la prima, in quanto e' piu' vicina al senso
comune.
--
paolo
Titanicus
Il vetro è un fluido ad alta viscosità a T ambiente. Infatti non
mantiene la forma: se appendi una lastra ad un filo, dopo del tempo
(mesi) potrai osservare che la parte inferiore della lastra si è
leggermente ingrossata.
Riguardo al discorso del senso comune, questo ci ha dato tante volte una
mano, ma tante volte è un furbacchione e ci inganna.
Tit.
Daniele Orlandi
>
> Il vetro è un fluido ad alta viscosità a T ambiente. Infatti non
> mantiene la forma: se appendi una lastra ad un filo, dopo del tempo
> (mesi) potrai osservare che la parte inferiore della lastra si è
> leggermente ingrossata.
Evvai con le leggende metropolitane :)
...le mie finestre devono essere di vetro più vetro degli altri... perché di
colare non ci pensa proprio ed è lì da 20 anni, altro che mesi :)
Ciao,
--
Daniele Orlandi つづく
Giorgio Pastore
La prima ci va senza dubbio piu' vicina, ma con dei distinguo.
Io lo definirei un solido amorfo ottenuto per raffreddamento rapido di
un liquido.
Il discorso della struttuta microscopica non di equilibrio e' un po'
vago: che significa che una str. microscopica e' o meno di equilibrio ?
Tuttavia un margine di incertezza c'e' ed e' legato alla fisica dei vetri.
Se considero il vetro alla stessa stregua di "solido" o "liquido"
potrebbe voler dire che sto usando la parola vetro per indicare una fase.
Le fasi pero' hanno una chiara connotazione solo quando sono separate
da una linea di transizione termodinamica.
Cosi', per esempio, parlare di liquido o di gas ha senso solo sotto il
p. critico. Al di sopra non ha senso ed e' piu' corretto parlare di
un' indistinta fase fluida.
La transizione vetrosa pero' non ha tutte le caratteristiche per poter
essere considerata una vera transizione termodinamica. Manca una "linea
di transizione". Pertanto il termine, piu' che indicare una fase ben
definita, denota un insieme di stati termodinamici con caratteristiche
comuni. La separazione dal liquido sottoraffreddato non e' pero'
nettissima, ancorche' sperimentalmente il passaggio da un fluido (una
costante elastica) ad un solido (due costanti elastiche) avvenga su un
intervallo strettissimo di temperatura.
Riassumendo, nell' immediato intorno della transizione puo' essere
difficile fare una distinzione netta tra solido e liquido viscoso.
Ben al di sotto dell atransizione, nessun problema. Nonostante le
leggende, i vetri restano li', solidi.
Ciao
Giorgio
Giorgio Pastore
> Il vetro è un fluido ad alta viscosità a T ambiente. Infatti non
> mantiene la forma: se appendi una lastra ad un filo, dopo del tempo
> (mesi) potrai osservare che la parte inferiore della lastra si è
> leggermente ingrossata.
Col vetro di finestra questo sarebbe vero solo se la lastra fosse appesa
a temperature molto maggiori (di qualche centinaio di gradi) di quella
ambiente.
Giorgio
Curlus
news:UzR%e.7632$133...@tornado.fastwebnet.it...
> C'e' accordo unanime sulla definizione di stato del vetro?
> Va considerato come un solido, in quanto mantiene la forma, oppure come
> un fluido, in quanto la struttura microscopica non e' in equilibrio?
Ti segnalo questo documento in pdf:
" Una introduzione alla fenomenologia dello stato vetroso"
che trovi qui:
http://www.df.unipi.it/~andreozz/notesut.html
Ciao
Curlus
Andrew Next
"Titanicus" <t...@mail.it> wrote in message
news:Spe0f.43357$TR5....@news.edisontel.com...
Tempo addietro era uscito fuori questo discorso anche su it.scienza.
Io sostenevo quello che dici tu, un altro signore invece no.
Entrambe avevamo osservato che i vetri delle finestre e degli specchi
particolarmente vecchi > 50 anni, erano deformati nella parte bassa e la
deformazione era caratterizzata da un aumento dello spessore... come se il
vetro fosse colato.
Siccome nessuno dei due voleva aspettare 50 anni per fare la prova, ognuno a
casa propria realizzo' il seguente esperimento:
prendemmo un peso (io un mattone forato) e ci mettemmo 4 chiodi bene
appuntiti sotto.
Poi mettemmo sotto questo attrezzo (zavorrato con 1kg di peso sopra) una
lastra di vetro di bassa qualita' (un ritaglio preso da un vetraio) e
lasciammo il tutto per un paio di mesi abbandonato su un tavolo (sotto la
punta di ogni chiodi c'era una pressione pari a 1,1kg applicati su
0,0000000314m^2
Se il vetro si fosse comportato da fluido, pensavamo, i chiodi avrebbero
dovuto lasciare dei segni vistosi, ma se esaminati con una lente questi non
sarebbero stati dei graffi, ma qualcosa di simile ad una ditata in un
budino.
Niente di tutto cio'. Il vetro rimase cosi' com era e andando a guardare con
la lente c'erano solo i graffi prodotti dalle punte dei chiodi.
>A<
marcofuics
Io invece ti posso assicurare che i vetri delle finestre ( ma ne
avranno tanti di anni ) d'una casa che conosco, sono "colati" un po'...
e si vede anche ad occhio! Presentano oltre al classico rigonfiamento
inferiore anche una sorta di effetto-onda superficiale...
interpretabile senza fatica con l'ipotesi di un fluido viscosissimo
Non dimenticare che ci sono tanti tipi di vetri per finestre: io ad
esempio ho spesso sentito di finestre con vetro-cristallo, che forse
avra' un metodo di lavorazione diverso dai vetri classici; forse sono i
tuoi.
Pol
> Io lo definirei un solido amorfo ottenuto per raffreddamento rapido di
> un liquido.
> Il discorso della struttuta microscopica non di equilibrio e' un po'
> vago: che significa che una str. microscopica e' o meno di equilibrio ?
>
Intendevo comparare la struttura atomica del vetro con quella di un
cristallo. Qui gli atomi oscillano attorno a punti di equilibrio,
praticamente indefinitamente nel tempo (in un cristallo ideale).
Credo che la regolarità della disposizione critallina possa spiegarsi
solo con tale ipotesi, cioe' che le forze 'deterministiche' agenti
sull'atomo (cioè le interazioni tra gli atomi, se non ci fosse il
disturbo termico, portato alla superficie del cristallo dalle collisioni
dell'ambiente circostante) si equilibrino esattamente.
In una struttura completamente disordinata, come il vetro, le forze
deterministiche agenti su ogni atomo non si equilibrano e danno luogo a
risultanti diverse, da atomo ad atomo. E' condivisibile tale descrizione?
A proposito, immagino che anche in una struttura completamente
disordinata gli atomi siano soggetti ad oscillazioni di orgine termica,
ma attorno a punti di equilibrio 'transienti'. Tale rappresentazione
della dinamica potrebbe trovare giustificazione, credo, nella grande
differenza di scala temporale tra l'evolvere della posizione dell'atomo,
a causa delle interazioni con i vicini, rispetto i moti oscillatori,
dovuti all'energia termica. E' corretto?
> (...)
> Riassumendo, nell' immediato intorno della transizione puo' essere
> difficile fare una distinzione netta tra solido e liquido viscoso.
> Ben al di sotto dell atransizione, nessun problema. Nonostante le
> leggende, i vetri restano li', solidi.
>
grazie per la spiegazione
ciao
--
Paolo
Tetis
> Giorgio Pastore wrote:
> > Io lo definirei un solido amorfo ottenuto per raffreddamento rapido di
> > un liquido.
> > Il discorso della struttuta microscopica non di equilibrio e' un po'
> > vago: che significa che una str. microscopica e' o meno di equilibrio ?
> >
>
> Intendevo comparare la struttura atomica del vetro con quella di un
> cristallo. Qui gli atomi oscillano attorno a punti di equilibrio,
> praticamente indefinitamente nel tempo (in un cristallo ideale).
> Credo che la regolarità della disposizione critallina possa spiegarsi
> solo con tale ipotesi, cioe' che le forze 'deterministiche' agenti
> sull'atomo (cioè le interazioni tra gli atomi, se non ci fosse il
> disturbo termico, portato alla superficie del cristallo dalle collisioni
> dell'ambiente circostante) si equilibrino esattamente.
Questo passo e' oscuro. Cioe' la regolarita' delle posizioni
e' vero che e' compatibile con il fatto che le forze locali in
un cristallo si mantengono, per ragione delle fluttuazioni
dinamiche (che siano deterministiche o no), tipicamente
al disotto delle soglie di rottura, ma pure nel migliore
dei cristalli esistono, si formano, e si propagano i difetti.
A meno che non consideri il materiale su scale
particolarmente selezionate.
> In una struttura completamente disordinata, come il vetro, le forze
> deterministiche agenti su ogni atomo non si equilibrano e danno luogo a
> risultanti diverse, da atomo ad atomo. E' condivisibile tale descrizione?
Quasi. Dipende dalla specifica struttura del disordine,
ma e' spesso vero che la struttura disordinata e'
compatibile con una distribuzione differenziata dell'energia
cinetica per effetto della dinamica all'interno del vetro.
Per esempio nella sabbia e' possibile che si formino linee
di maggiore tensione. Un fenomeno analogo si verifica nei
silos di grano: negli Stati Uniti, come riportava Le Scienze
non tantissimo tempo fa e' un vivace oggetto di ricerca il fenomeno
dell'esplosione dei Silos a causa del fatto che si verificano
concentrazioni di carico caratteristiche della struttura disordinata.
Lo scopo di queste ricerche sarebbe di individuare delle strategie
di caricamento dei silos che evitino questi costosi sconquassi.
> A proposito, immagino che anche in una struttura completamente
> disordinata gli atomi siano soggetti ad oscillazioni di orgine termica,
> ma attorno a punti di equilibrio 'transienti'. Tale rappresentazione
> della dinamica potrebbe trovare giustificazione, credo, nella grande
> differenza di scala temporale tra l'evolvere della posizione dell'atomo,
> a causa delle interazioni con i vicini, rispetto i moti oscillatori,
> dovuti all'energia termica. E' corretto?
Almeno in parte e' corretto. La differenza di scala temporale e'
legata almeno in parte con la differente soglia di energia che
un gruppo di atomi deve raggiungere per attivare una dinamica,
ma non necessariamente si tratta dei vicini. Pensa appunto al
caso in cui hai una struttura in cui si ha una distribuzione differenziata
delle tensioni. Lungo le linee di maggiore tensione basta che un
atomo all'inizio della catena si muova per innescare un moto in
tutta la catena. Tuttavia attenzione a non forzare troppo nemmeno
questa immagine, come dicevo sono possibili diversi tipi di disordine
per diversi tipi di vetro. In alcune strutture disordinate dominano le
fluttuazioni, in altre no. Esistono differenti comportamenti calorimetrici
che distinguono i diversi tipi di dinamica, uno stesso materiale puo'
avere comportamenti diversi secondo il modo in cui e' stato raffreddato
e la temperatura a cui e' stato portato. Per poter parlare di vetro si fa
in genere una scelta arbitraria circa la scala di tempo caratteristica della
evoluzione. Queste convenzioni fissano la viscosita' come parametro
significativo se l'interesse applicativo e' meccanico, ma non e' l'unico
criterio adottato.
>
> > (...)
> > Riassumendo, nell' immediato intorno della transizione puo' essere
> > difficile fare una distinzione netta tra solido e liquido viscoso.
> > Ben al di sotto dell atransizione, nessun problema. Nonostante le
> > leggende, i vetri restano li', solidi.
Non tutti i vetri, in effetti questo dipende dalla temperatura, la
pasta vetrosa non e' meno vetro della caraffa di Murano
esposta nelle vetrine presso San Marco e' solo molto meno viscosa
ed ha tempi di risposta alle sollecitazioni decisamente piu' veloci.
Un'altra questione molto discussa e' stata per lungo tempo se
i vetri sono caratterizzati da una transizione di fase di seconda
specie, ovvero nella derivata delle grandezze termodinamiche,
un parziale accordo raggiunto su una risposta negativa a questa
affermazione non esclude che molte questioni sono ancora da
comprendere in rapporto con la molteplicita' di scale caratteristiche,
questa situazione sembra puntare ad un ripensamento del
concetto di fase, tale da comprendere una classe di sistemi
termo-dinamici e la nozione stessa di equilibrio e di termo-staticita'.
E' chiaro ad esempio che del ghiaccio in formazione o in liquefazione
e' un sistema in cui si ha coesistenza fra due fasi distinte. Ma un liquido
sottoraffreddato ha una dinamica microscopica molto piu' complessa
di quello a cui siamo abituati a pensare nel caso di liquidi ideali.
Per i liquidi sottoraffreddati esiste una teoria predittiva, ma
l'interpretazione
di questa teoria e' problematica in rapporto al concetto di fase.
> grazie per la spiegazione
>
> ciao
>
> --
> Paolo
>
--------------------------------
Inviato via http://arianna.libero.it/usenet/
Tetis
<god_n...@togliquestoetraduciningleseilresto.postacalda.com> ha scritto:
> Se il vetro si fosse comportato da fluido, pensavamo, i chiodi avrebbero
> dovuto lasciare dei segni vistosi, ma se esaminati con una lente questi
non
> sarebbero stati dei graffi, ma qualcosa di simile ad una ditata in un
> budino.
> Niente di tutto cio'. Il vetro rimase cosi' com era e andando a guardare
con
> la lente c'erano solo i graffi prodotti dalle punte dei chiodi.
>
> >A<
Esiste una tradizione sperimentale relativamente solida che
convalida questo risultato che avete trovato: estrapolando i
dati della viscosita' ad alta temperatura della pasta vetrosa
si ottiene un andamento dei tempi caratteristici di scorrimento
che aumenta in base alla legge empirica exp(-F/(T-Tk))
che sembra valida per i vetri fragili classe a cui la silice e molti
altri vetri industriali appartengono. Ora la temperatura Tk detta
temperatura di Vogel e che io ho arbitrariamente assimilato alla
temperatura di Kauffmann che sarebbe, nel nostro caso, circa la
temperatura a cui si solidifica il quarzo, nel caso di molti dei vetri
domestici per finestre e' intorno agli 1500 Kelvin (spesso per alcune
mescole e' un poco piu' basso ma non arriva mai a temperatura
ambiente). Il che significa che sotto i 1500 Kelvin il vetro sara'
pressappoco come un solido.
La situazione tuttavia e' resa piu' complessa dalla circostanza che
gli stress a cui i vetri vanno incontro non sono solo di carattere
meccanostatico dovuti al peso, ci sono effetti di riscaldamento
differenziale, effetti chimici e scosse nonche' un rilassamento
che e' associato con un effetto di temperatura effettiva piu' alta,
in altre parole essendo il vetro un sistema rapidamente raffreddato
e' come se le posizioni degli atomi nel momento della percolazione
si ricordassero della temperatura a cui erano prima dell'arresto
strutturale e quindi hanno una dinamica residua pur se estremamente
lenta. Dunque non escluderei che in un vetro di cinquant'anni o piu',
probabilmente nelle vetrate secolari di alcune cattedrali, si possa vedere
un leggero effetto di deformazione.
Quello che mi risulta e' che un vetro poggiato in posizione orizzontale
fra due sostegni per lungo tempo possa imbarcarsi, come si dice: cioe'
una parte della deformazione a cui lo forza il vetro diventa plastica in
tempi relativamente lunghi. Inoltre non essendo facile
misurare in pratica il comportamento dei vetri sotto la temperatura
di Vogel non si sa in effetti come continua la storia sotto quella
temperatura. Cioe' non e' chiaro se esiste una frequenza caratteristica
residua ne' se questa dipende a sua volta dalla temperatura. Questo
anche perche' i modelli dello stato vetroso sono un campo accessibile solo
da quando si dispone di computer abbastanza potenti da potere simulare
un sistema in cui bisogna ricordarsi della posizione di moltissimi elementi.
Tetis
Troverai una risposta in cui ho parlato di
temperatura di Kauffmann. Correggi in
Kauzmann.
Daniele Orlandi
>
> Io invece ti posso assicurare che i vetri delle finestre ( ma ne
> avranno tanti di anni ) d'una casa che conosco, sono "colati" un po'...
> e si vede anche ad occhio! Presentano oltre al classico rigonfiamento
> inferiore anche una sorta di effetto-onda superficiale...
...e tu hai qualche motivo particolare per rifiutare l'ipotesi che il vetro
abbia assunto quella forma quando ancora era fuso?
Tempo fa, il vetro così era anche l'unica possibilità... visto che non erano
ancora state inventate le tecniche per produrre lastre piane e lucide.
> interpretabile senza fatica con l'ipotesi di un fluido viscosissimo
...altrettanto facilmente confutabile con l'esperienza pratica :)
Tetis
> marcofuics wrote:
> >
> > Io invece ti posso assicurare che i vetri delle finestre ( ma ne
> > avranno tanti di anni ) d'una casa che conosco, sono "colati" un po'...
> > e si vede anche ad occhio! Presentano oltre al classico rigonfiamento
> > inferiore anche una sorta di effetto-onda superficiale...
>
> ...e tu hai qualche motivo particolare per rifiutare l'ipotesi che il
vetro
> abbia assunto quella forma quando ancora era fuso?
>
erano
> ancora state inventate le tecniche per produrre lastre piane e lucide.
Sembra anche a me l'ipotesi piu' verosimile.
Voglio contribuire con una nota di folklore.
L'ig-Nobel per la fisica di quest'anno e' stato
attribuito ad un gruppo di studiosi australiani
che studia le proprieta' viscose di un particolare
tipo di catrame. L'esperimento ha gia' raggiunto la
ragguardevole eta' di novantanni. I giovani ricercatori
hanno ereditato questo apparato che consiste in un
dispositivo che raccoglie le gocce di catrame che colano
lentamente da un contenitore, dai fondatori del loro istituto.
Esistono in effetti diversi esperimenti sui materiali che richiedono
pose lunghe anni. In quasi tutte le universita' esistono delle soffitte
con strani marchingegni di caricamento per lo studio delle risposte
nel tempo che registrano temperatura umidita' e deformazione. Se
questi dati serviranno un giorno a qualcosa non e' esattamente noto.
> > interpretabile senza fatica con l'ipotesi di un fluido viscosissimo
>
> ...altrettanto facilmente confutabile con l'esperienza pratica :)
Non cosi' semplicemente. Ripeto: praticamente tutti i materiali
compresi i solidi cristallini, non sono reticoli ideali (in alcuni
casi non e' nemmeno ben definita la struttura ideale di riferimento)
hanno un rate di deformazione plastica, di difficilissima eliminazione,
dovuto alla dinamica delle dislocazioni o piu' generalmente delle
singolarita' topologiche per l'effetto di stress meccanici di
deformazione indotti dai gradienti di temperatura, dalle reazioni
chimiche, dalle sollecitazioni traumatiche, dalle fluttuazioni termiche e/o
dalle semplice evoluzione dinamica (aging). Uno dei modi usati in
geologia, paleologia, archeologia per studiare la data di formazione
di una roccia o di un coccio ceramico dalla materia fusa consiste
proprio nel contare il numero di difetti facendo ricorso a tecniche di
luminescenza o di risposta al suono che risentono della frazione di
vuoti e/o di nodi di sollecitazione nel caso di strutture amorfe e/o di
difetti di dislocazione nel caso di materiale cristallino.
> Ciao,
>
> --
> Daniele Orlandi ã¤ã¥ã
marcofuics
Daniele Orlandi ha scritto:
Ciao, tanto per precisare:
....io i vetri li ho visti anche 30 anni fa... ed erano normali.....