熔化玻璃的實(shí)驗(yàn)違背了電的定律，使科學(xué)家們感到驚訝

【中玻網(wǎng)】一組研究電流和硅酸鹽玻璃的科學(xué)家在察覺玻璃似乎違反了一個(gè)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(chǎn)生熱量的方式可以用焦耳較好定律來描述。當(dāng)材料是均勻的(或均勻的)時(shí)，溫度總是均勻分布的。

　　但在近期的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)低得多的溫度下進(jìn)行的。

　　純硅酸鹽玻璃的沸點(diǎn)為2,230攝氏度(4,046華氏度)。在實(shí)驗(yàn)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。

　　Lehigh大學(xué)的工程師和材料科學(xué)家Himanshu Jain說:“計(jì)算結(jié)果并不能解釋我們所看到的簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)焦耳加熱�！�

　　“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(yù)測(cè)的高數(shù)千度的溫度!”

　　杰恩和他來自康寧公司的材料科學(xué)公司的同事們正在調(diào)查他們?cè)谥暗囊黄撐闹忻枋龅囊环N現(xiàn)象。2015年，他們報(bào)告稱，電場(chǎng)可以將玻璃軟化的溫度降低數(shù)百度。他們稱之為“電場(chǎng)誘導(dǎo)軟化”。

　　這確實(shí)是一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，所以他們又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)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。”

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

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

　　事實(shí)證明，這一結(jié)構(gòu)變化和劇烈的熱量導(dǎo)致一小塊玻璃達(dá)到熔點(diǎn)，而其余材料保持固態(tài)。

　　研究人員在論文中寫道:“與電子導(dǎo)電金屬和半導(dǎo)體不同，隨著時(shí)間的推移，離子導(dǎo)電玻璃的加熱變得較不均勻，形成了一個(gè)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)�！�

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

　　但這是一個(gè)令人興奮的結(jié)果，因?yàn)橹钡浆F(xiàn)在我們還不知道一種材料會(huì)隨著電流的應(yīng)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(chǎng)的物理定律仍然是正確的，因?yàn)橐粔K玻璃并沒有打破它們。但是焦耳第1定律可能需要稍作調(diào)整才能考慮到這個(gè)影響。

　　當(dāng)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(jié)果對(duì)開發(fā)制造和制造玻璃和陶瓷材料的新技術(shù)至關(guān)重要�！�