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这个玻璃似乎违反了电的定律-这就是真正发生的事

玻璃的热图以摄氏度表示温度。乐高大学)

玻璃不应该煮沸。但它确实做到了。

一个物理学家小组在一个炉子里用一个与你从家里的一个插座得到的电压相当的电压,把一小块玻璃烧掉。它有足够的电来加热玻璃,因为炉子周围的热量已经使玻璃很热了。但它不应该有足够的电流来煮沸杯子。玻璃在达到比电流本应产生的温度高几千度的温度之前不会沸腾。然而,在他们的烤箱里,当电流流动并产生电场时,物理学家们看到一缕薄薄的“蒸汽”从玻璃样品中升起。

要做到这一点,电流必须集中在玻璃的一部分,不均匀地传递能量。但有一个问题:那是违法的。[地球上最热的8个地方]

的意思是:当电流通过一个均匀的材料时,它应该均匀地加热整个材料。科学家称之为焦耳第一定律,是在19世纪40年代早期发现焦耳的英国化学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳之后。这是一个物质事实,根源于能量守恒定律,它是支配我们宇宙的最基本的规则之一。我们每天都能看到它在工作;如果没有焦耳定律,灯泡灯丝就不会发出漂亮、均匀的光。

,但这种电流似乎违反了定律。蒸汽不仅从玻璃的某些部分上升,而且一个热点(在红外相机上可见)在它的表面上轻快地舞动。在他们的实验中,一次又一次地出现了热点。

“这种玻璃在最微小的水平上是均匀的,”宾夕法尼亚州伯利恒莱海大学的材料科学家Himanshu Jain说,2月26日发表在《自然科学报告》杂志上的一篇描述这种现象的论文的作者之一,

玻璃是一种绝缘体,不能很好地传导电流;不管它有多小,人们都希望它能将大部分电流转化为热。詹告诉《生活科学》杂志说,传统的关于焦耳第一定律的思考会预测电流会均匀地加热玻璃,导致玻璃慢慢融化和变形。在大多数情况下,都会发生这种情况。

“我们研究了在电场作用下热玻璃的软化,”Jain说,“这是以前没有人做过的事情。”

这种不均匀的加热,结果是在玻璃的阳极附近倾倒了大量的能量,而阳极是玻璃的入口当前。所以玻璃在那里融化和蒸发,即使它在其他地方保持固体。热点地区的温度比其他地方的玻璃要热得多。有一次,玻璃的一个区域在不到30秒的时间里被加热了大约2500华氏度(1400摄氏度),

,焦耳定律被打破了吗?是的,不是的,贾恩说;从宏观上看,似乎是这样。从微观上讲,答案是“不”——它不再适用于整个玻璃。

根据焦耳第一定律,均匀的电场应该能均匀地加热一种材料。但在高温下,电场不仅会加热玻璃,还会改变玻璃的化学组成。

当带正电荷的离子(从带负电荷的电子中剥离出来的原子)被击出位置并在玻璃上携带电荷时,电场会穿过玻璃,贾恩说。最轻的离子首先移动,携带电流。

这个装置中的玻璃是由氧、钠和硅组成的。钠,一种松散结合的轻离子,完成了大部分的能量传输。一旦足够的钠移动,它就会改变靠近阳极的玻璃的化学成分。一旦化学变化,玻璃就更像是两种不同的材料,焦耳定律不再统一适用。一个热点形成了。

之前没有人注意到这种效果,Jain说,可能是因为直到玻璃杯已经很热了,它才开始起作用。这个实验中的材料直到熔炉温度达到600华氏度(316摄氏度)左右,iment才出现热点。这对玻璃来说不是很热,但比大多数使用玻璃和电力的电机工作的条件要热得多。不过,目前,科学家们已经弄明白了为什么玻璃在不应该沸腾的情况下会沸腾。这本身就相当令人兴奋。

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编者注:这篇文章的更新表明焦耳定律是从一个角度而不是另一个角度被打破的,以及修复玻璃装置的化学成分。

最初发表在《生命科学》杂志上。

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