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熔化玻璃的實驗違背了電的定律，使科學家們感到驚訝

2019-09-11 來源：探索科學

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【中玻網】一組研究電流和硅酸鹽玻璃的科學家在察覺玻璃似乎違反了一個基本物理定律后都目瞪口呆了。

　　如果你讓電流通過一種材料，電流產生熱量的方式可以用焦耳較好定律來描述。當材料是均勻的(或均勻的)時，溫度總是均勻分布的。

　　但在近期的實驗中卻不是這樣。一段——而且只有一段——硅酸鹽玻璃變得非常熱，以致于它熔化了，甚至蒸發(fā)了。而且，它是在比材料沸點低得多的溫度下進行的。

　　純硅酸鹽玻璃的沸點為2,230攝氏度(4,046華氏度)。在實驗過程中，研究人員在一塊均勻的硅酸鹽玻璃中記錄的高溫為1868.7攝氏度。

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　　Lehigh大學的工程師和材料科學家Himanshu Jain說:“計算結果并不能解釋我們所看到的簡單的標準焦耳加熱?！?/p>

　　“即使在非常溫和的條件下，我們觀察到的玻璃煙霧也需要比焦耳定律預測的高數(shù)千度的溫度!”

　　杰恩和他來自康寧公司的材料科學公司的同事們正在調查他們在之前的一篇論文中描述的一種現(xiàn)象。2015年，他們報告稱，電場可以將玻璃軟化的溫度降低數(shù)百度。他們稱之為“電場誘導軟化”。

　　這確實是一個奇怪的現(xiàn)象，所以他們又做了一個實驗。他們把玻璃片放在爐子里，以交流和直流的形式施加100到200伏的電壓。

　　接下來，一縷薄薄的蒸汽從陽較與玻璃接觸的地方散發(fā)出來。

　　賈恩說:“在我們的實驗中，靠近正較的玻璃比其他玻璃要熱一千多攝氏度，考慮到玻璃一開始就是完全均勻的，這非常令人驚訝?！?/p>

　　這似乎違背了焦耳較好定律，因此研究小組進行了更仔細的研究，發(fā)現(xiàn)玻璃并沒有像開始時那樣保持均勻。電場在納米尺度上改變了玻璃的化學性質和結構，僅僅在靠近陽較的一小段。

　　這個區(qū)域比玻璃的其他部分加熱得更快，達到熱失控的程度——溫度的升高進一步增加溫度，形成一個起泡的反饋回路。

　　事實證明，這一結構變化和劇烈的熱量導致一小塊玻璃達到熔點，而其余材料保持固態(tài)。

　　研究人員在論文中寫道:“與電子導電金屬和半導體不同，隨著時間的推移，離子導電玻璃的加熱變得較不均勻，形成了一個納米尺度的堿耗盡區(qū)，這樣，玻璃在陽較附近融化，甚至蒸發(fā)，而在其他地方保持固態(tài)?！?/p>

　　換句話說，材料不再是均勻的了，這意味著玻璃加熱實驗并沒有完全改變我們應用焦耳第1定律的方式。

　　但這是一個令人興奮的結果，因為直到現(xiàn)在我們還不知道一種材料會隨著電流的應用而失去它的均勻性。(問題是，此前沒有人嘗試過將玻璃電加熱到如此較端的溫度。)

　　所以目前市場的物理定律仍然是正確的，因為一塊玻璃并沒有打破它們。但是焦耳第1定律可能需要稍作調整才能考慮到這個影響。

　　當然，這是另一種理解，可以在其他方面幫助我們。

　　“除了證明有必要證明焦耳定律，”賈恩說，“研究結果對開發(fā)制造和制造玻璃和陶瓷材料的新技術至關重要?！?/p>

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