讓蠟燭火焰跳躍

來自科學夥伴的令人驚訝的科學專案

照亮科學:瞭解是什麼讓蠟燭燃燒,以及如何幾乎憑空點燃蠟燭。

喬治·雷特塞克

核心概念
化學
化學反應
物質狀態
燃燒

引言
有很多場合需要點燃蠟燭。你有沒有仔細觀察過火焰?蠟燭的哪一部分實際上在燃燒?你能分辨出來嗎?是燭芯、固體蠟、液體蠟還是其他東西?在這個活動中,你將點燃一些蠟燭來找出答案——無需特殊場合!

背景
無論是生日蛋糕上、餐桌上還是燭臺上,我們今天使用的大多數蠟燭都是浸蠟蠟燭。這種款式的蠟燭可以追溯到古羅馬時代。蠟的中心穿過一根燭芯,燭芯通常由棉花或其他能很好地吸收液體的材料製成。那麼這兩種材料是如何結合在一起幫助蠟燭穩定燃燒的呢?


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點燃的蠟燭可能看起來很簡單,但它實際上是導致燃燒的多步驟過程的一個例子——以及你看到的發光火焰。燃燒是化學反應的結果,其中氧氣與被燃燒的物質發生反應。蠟燭中的可燃物質——或燃料——是蠟。但在蠟成為燃料之前,它首先需要變得足夠熱。要啟動加熱過程,您首先需要使用其他火源(例如火柴)點燃燭芯。隨著燭芯燃燒,火焰的熱量會融化燭芯周圍的蠟。由於燭芯具有吸收性,它會將液態蠟吸入燭芯並向上吸入火焰。一旦液態蠟變得足夠熱,它就會從液體變成氣體。然後,熱氣體會與空氣中的氧氣發生反應並燃燒,從而產生我們看到的蠟燭火焰。這意味著蠟燭火焰實際上是由燃燒的蠟氣(或蒸汽)產生的,而不是由燭芯本身或固體甚至液體蠟產生的。

點燃蠟燭後,它起初可能會閃爍或發出嘶嘶聲,但隨後通常會燃燒得相當穩定。隨著蠟蒸氣火焰的熱量融化更多的固體蠟,它會為火焰燃燒產生更多的燃料。蠟燭只有在蠟或氧氣耗盡時,或被吹滅時才會熄滅。蠟燭熄滅後,您實際上可以看到蠟蒸氣以白色煙霧的形式逸出。如果你把火柴伸到煙霧中,蠟燭會再次著火——甚至不用接觸燭芯!不相信嗎?那就試試這個活動,親眼看看!

材料

  • 成人助手

  • 幾根小的、細的生日蠟燭

  • 火柴或打火機

  • 溼沙(或其他不可燃物質來支撐你的蠟燭——你也可以用蛋糕或紙杯蛋糕!)

  • 盛放溼沙或其他蠟燭支撐物質的盤子或碗

  • 防火工作區

  • 吸管

  • 裝滿水的碗或滅火器

準備

  • 將你的材料帶到防火工作區。

  • 在進行此活動時,請確保有成人助手幫助你。

  • 在整個活動過程中,請將一碗水或滅火器放在附近,以防萬一需要它。

  • 在盤子或碗中準備好溼沙或其他不可燃基底材料。

  • 將一根蠟燭豎立在溼沙或其他材料中,將其包裹在蠟燭底座周圍,以確保其牢固。

步驟

  • 在成人的幫助下,點燃一根火柴。將火焰靠近蠟燭的燭芯,但不要用火焰觸控燭芯。你觀察到什麼?蠟燭會點燃嗎?

  • 接下來,用火柴的火焰觸控蠟燭的燭芯。在那裡停留大約一秒鐘。當用火焰觸控燭芯時會發生什麼?如果燭芯沒有點燃,現在點燃它。

  • 觀察蠟燭燃燒幾秒鐘。你能描述一下火焰嗎?它看起來怎麼樣?

  • 吹滅蠟燭,觀察發生了什麼。你看到有白色的煙霧從燭芯中逸出嗎?

  • 再次點燃蠟燭,然後點燃另一根火柴。當火柴仍在燃燒時,吹滅蠟燭。然後立即將火柴的火焰伸入吹滅的蠟燭的白色煙霧中,靠近燭芯但不接觸它。會發生什麼?蠟燭會再次點燃嗎?為什麼會或為什麼不會?

  • 吹滅正在燃燒的蠟燭。現在將兩根蠟燭並排豎立在你的溼沙(或其他材料)中,使其牢固且不會倒下。它們應該幾乎彼此接觸。用火柴點燃兩根蠟燭。

  • 當兩根蠟燭都在燃燒時,將吸管的末端指向其中一個火焰。吹吸管以熄滅其中一個火焰。另一根蠟燭應繼續燃燒。熄滅其中一根蠟燭後會發生什麼?你能解釋一下你的觀察結果嗎?

  • 重複此步驟幾次。你總是得到相同的結果嗎?你能從你的觀察中判斷出蠟燭的哪一部分正在燃燒嗎?為什麼?

  • 額外: 將三根或更多蠟燭並排擺放。用吸管吹滅其中一根蠟燭,但讓其他蠟燭繼續燃燒。熄滅的蠟燭會發生什麼?然後吹滅兩根蠟燭,但讓一根蠟燭繼續燃燒。你能看到火焰從一根蠟燭跳到另一根蠟燭嗎?

  • 額外: 嘗試用石蠟或蜂蠟製成的蠟燭進行活動。你使用這些材料也能得到相同的結果嗎?

  • 額外: 更詳細地觀察蠟燭的火焰。你能看到火焰有不同的顏色嗎?做你自己的研究,找出為什麼會有不同的顏色。你能找出火焰的哪一部分最熱或最冷嗎?

觀察和結果
你能讓蠟燭的火焰從一根蠟燭跳到另一根蠟燭嗎?第一次點燃蠟燭時,你很可能必須用火柴的火焰接觸燭芯。這會使燭芯著火,從而啟動燃燒反應。燭芯周圍的蠟開始融化,並且是在火焰內部由此液態蠟產生蒸氣。蠟蒸氣開始燃燒併產生你看到的穩定的蠟燭火焰。當你吹滅蠟燭時,你應該看到有白煙從燭芯上升到空中。這是蠟蒸氣,當它在較冷的空氣中凝結成小的液滴時,它會變得可見。

如果你用另一團火焰接觸蠟蒸氣(白煙),蠟燭應該會立即再次點燃。這次你甚至不必觸控燭芯或蠟燭的另一部分。點燃蒸氣足以使蠟燭再次燃燒。當您將兩根或多根蠟燭並排放置並吹滅其中一根蠟燭時,正在燃燒的蠟燭的火焰應該會重新點燃熄滅的蠟燭的蠟蒸氣。你可能已經意識到,當蠟燭離燃燒的蠟燭如此之近時,要讓蠟燭保持熄滅狀態實際上是相當困難的。它會再次點燃,因為被吹滅的蠟燭的蠟蒸氣正在接觸剩餘的蠟燭火焰。你最終看到的是蠟燭火焰從一根蠟燭跳到另一根蠟燭!

清理
在實驗結束時,請確保熄滅所有蠟燭。一旦火柴冷卻下來,你就可以將它們扔進普通的垃圾桶。清理你的工作區,用肥皂和水洗手。

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此活動由科學夥伴合作推出

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