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第4章 为什么蜡烛的火苗会朝上燃烧?

如果你曾经拿着一只燃烧的蜡烛向一侧倾斜,例如,生日蛋糕上的蜡烛,你也许会注意到:即使蜡烛倾斜到一侧,火苗却仍然笔直地朝着天花板。即使蜡烛上下左右一直改变位置,火苗最终还是朝着天空,包围着蜡烛滴下许多灼热的蜡液。

大多数人都会在家里存放一些蜡烛,以便特别晚餐时使用或停电时拿来应急。我们生活中随处可见的蜡烛(一个柱形蜡中间嵌着一根线)似乎是最简单、最常见的可以在家里自制的东西。

但19世纪英国科学家迈克尔·法拉第却认为,蜡烛远远没有这么简单。他说:“没有任何进入科学之门的方法,比得上思考蜡烛的物理现象。”法拉第在《蜡烛的化学历史》的一系列讲座中,阐述了燃烧的蜡烛涉及的主要化学和物理知识。

在当蜡烛燃烧时,会加热周围的空气,此时即产生了气流。火苗周围的热空气扩散并上升,原因是它比四周的冷空气轻。冷空气迅速占据上升热空气原来的位置,同样被加热后上升。因此,在火苗的四周总是有向上流动的气流。这个向上的气流使蜡烛的火苗一直朝上。烟灰粒在燃烧的蜡烛芯处爆出“啪啪”的声响,它们也被气流带着朝上,并使火苗呈现出黄色。

因此,无论如何倾斜蜡烛,火苗都会一直朝上,原因和热气球被推上天空一样,即使坐着乘客的篮子被地面上的工作人员拉得倾斜到一边,热气球还是会朝上升。

(下框文字)低重力下的火苗

地球上的餐厅桌子上,上升的热气体造就了泪型的蜡烛火苗。但在重力非常小(即微重力)的情况下,烛苗的形状与此大不相同。为了保证宇航员的安全,科学家们研究了在微重力下如何点燃火的方法。他们发现,在接近零重力时,火苗会呈现出一些奇怪的现象。微重力让宇航员在航天飞机漂浮翻滚;它还可以使烛苗从箭头或羽毛形收缩成圆形。

这是为什么呢?在微重力的条件下,关于空气轻重、上下的想法,几乎是毫无意义的,在火苗周围没有真正的气流,因此火苗是一个紧凑的球体。同样,没有气流迅速补充氧气,火苗的温度也会低一些,它在燃烧的过程中烟灰很少,几乎是蓝色的。

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