¿Puedo poner un vaso de vidrio en un reactor de alta presión?

Tu profesor tiene razón.

Entiendo su idea de que el área es más pequeña en el interior de un tubo que el área en el exterior. Pero no tiene en cuenta la tensión circunferencial dentro del vidrio.

Primero considere una pieza rectangular de vidrio. Tiene la misma área en las dos grandes superficies, por lo que se cancelan. Pero la presión también empuja los bordes delgados. El resultado es que para todas las piezas del vidrio, tiene una compresión uniforme en todas las direcciones. Esto también se llama presión isostática.

Pero la parte tubular del vaso de precipitados no tiene borde para que la presión ingrese, entonces, ¿cómo funciona?

A medida que aumenta la presión de aplastamiento tanto en el interior como en el exterior, habrá una ligera reducción en el volumen del vidrio. El vidrio no es completamente incompresible. Esa reducción en el volumen hará que haya una tensión dentro del vidrio que empuje tangencialmente al círculo. Una parte de eso se vería así:

La presión que empuja dentro del vidrio en la dirección circunferencial agrega la cantidad justa de fuerza para ayudar a que la presión en el área interna más pequeña equilibre la presión en el área externa más grande. Todo se cancela.

Esto es lo que hace la presión isostática. Causa una presión uniforme en todas partes dentro del sólido y una reducción muy pequeña en el volumen. No hay una fuerza desequilibrada que haga que se rompa.

No implosionará (aunque supongo que, en principio, eventualmente dejaría de ser sólido, aunque presumiblemente no a las temperaturas discutidas).

Considere un vaso de precipitados cuadrado (cúbico) en forma de U para simplificar. Tiene razón en que el área interior será menor que el área exterior. Sin embargo, ha descuidado un área en este cálculo: el borde.

El área total en la parte superior (la suma del “fondo interior” y el “borde exterior”) será la misma que el área total en el fondo. Lo mismo puede decirse de cada lado. Por lo tanto, no habrá red en ninguno de los lados.

Si lo hace de grosor no despreciable, debe incluir no solo la fuerza interior-exterior, sino también las fuerzas “canceladas” entre las fuerzas exteriores en lados opuestos (donde la línea entre ellas no contiene puntos internos, lo que significa que, en cierto sentido, no contribuyen a la implosión).

Sin embargo, es una buena pregunta: me tomó un poco de tiempo pensar qué estaba mal con su razonamiento, porque, en una lectura inicial, sonaba correcto.

No hay dentro o fuera de un vaso de precipitados en esta situación. Todo está, en efecto, afuera. Sin embargo, lo que hay dentro es el vidrio en sí, y (con materiales impermeables), lo que importa es la resistencia y el comportamiento del material bajo la fuerza de compresión. El vidrio es inmensamente fuerte bajo fuerzas de compresión, así que dudo que algo suceda. Sin embargo, para un vaso de precipitados hecho de plástico, el material del que está hecho podría comprimirse bajo presión suficiente para deformarse.

No tengo idea de qué tipo de presión podría ser necesaria para alterar la estructura del vidrio, pero sospecho que es inmensa y sin duda mucho más alta que cualquier otra cosa posible en un reactor químico de alta presión.

Piénselo de esta manera: la boca está abierta para que pueda bajar los lados para que se parezca más a un vaso. Luego baje los lados aún más para que parezca un tazón. Baje los lados para que parezca un plato. Aplana el plato, ahora es un disco.

Ahora alargue el disco para que se parezca más a una barra. Todo lo anterior son simplemente barras de material sólido. No importa cómo forme una masa sólida, ya sea redonda, cuadrada, alargada, en forma de disco o tazón, sigue siendo el mismo bulto de material sólido.

En efecto, todo exactamente lo mismo, excepto por la apariencia. Ninguna cantidad de presión causará un diferencial hasta que realmente tenga suficiente presión para aplastar las moléculas en un estado diferente, entonces podría romper el vidrio o alterar su estado de ser.

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