淺談詩詞中的科學（1）蠟燭燃燒的科學

本文入選新北市107學年度學生能力檢測五年級國語文「閱讀測驗」試題

夜雨寄北  李商隱

君問歸期未有期，巴山夜雨漲秋池。

何當共翦西窗燭，卻話巴山夜雨時。

        這是晚唐詩人李商隱膾炙人口的七言絕句，詩中充滿自己被秋雨阻隔，滯留巴山期間對妻子的思慕想念。因此「剪燭西窗」常用來形容思念妻子，盼望相聚夜語的意思；後來也以這個「剪燭西窗」或「西窗翦燭」比喻夜晚與親友相聚暢談的意思。但古人為什麼要「剪燭」呢？這必須從古時候蠟燭的製作說起。

        古時候的蠟燭是如何製作出來的呢？英國科學家法拉第（Michael Faraday，1791─1867）曾在其書中說明商業蠟燭的製作方式：把一團棉花纏成一個環，將環浸入融化的動物脂肪，拿出來陰乾後，再浸入脂肪；如此反覆動作，直到棉花上累積了一團動物脂肪，就形成當時英國礦工所使用的蠟燭。由於早期蠟燭的燭芯是用棉花粗糙地用手搓揉而成，用手搓揉而成的燭芯並不均勻，有些粗、有些細。另外燭芯搓揉成線的編織方式不正確，造成燭火燃燒一陣子之後，燭芯會越來越長的現象發生。粗的燭芯和長的燭芯都會使得蠟燭提供的燃料過多，使燭火變大；細的燭芯和短的燭芯又會使燭火太小，照度不足。因此常需要將蠟燭吹熄，剪修燭芯，以便維持燭芯適當的長度，讓蠟燭維持合宜的照度又不會過份浪費燃料。

        到了十九世紀，法國發明了用多股棉線來製作燭芯的方法，當蠟燭的燭芯因為燃燒而逐漸碳化變長時，多股棉線所製成的燭芯變自動散開，暴露在火焰溫度最高的外焰中而被燃掉。此後，蠟燭時燃燒就不需要再剪燭。另外，現代蠟燭為了防止燭芯燃燒速度太快，製造時常先將棉質燭芯浸在鹽類溶液中，延緩它的燃燒速度呢。在蠟燭發明之前，古人是用火把或是油燈來照明。和油燈相比，蠟燭的發明是一件非常重大的事件。油燈需要準備儲油容器，但蠟燭是固體，因此不需要額外容器。其次油燈打翻了，燈油到處蔓延，有火災失控的危險；而蠟燭打翻了，沒有蠟油到處蔓延的危險，而且容易及時控制，所以蠟燭的發明讓失火的危險降低了。

現代的蠟燭，燭芯是以多股棉線纏繞製作

現代的某些蠟燭，燭芯中央還夾雜著一條金屬線，能讓燭芯在燃燒過程中直立不倒

圖中可見燭芯因為燃燒而碳化變長，但碳化的燭芯會因暴露在溫度最高的外焰中而被燒掉

        接下來讓我們談談蠟燭的燃燒。蠟燭的燃燒需要藉助燭芯來進行，我們知道燭火只在燭芯上燒著。在蠟燭燒燃過程中，會將固態蠟燭的頂端熔化形成一個淺槽，槽內裝滿了熔化的蠟油，這些液態受熱的蠟油藉著燭芯的毛細現象，自淺槽中沿著燭芯向上送到火焰燃燒的部份。當蠟油抵達燭芯上端時，便因為受熱開始氣化，轉變成蠟蒸氣，而蠟燭燃燒的就是這些蠟蒸氣，換句話說，蠟燭燃燒時的可燃物就是蠟蒸氣。

固態蠟燭的頂端被燭火熔化形成一個淺槽，槽內裝滿了熔化的蠟油

當槽內裝滿了熔化的蠟油，液態受熱的蠟油便藉著燭芯的毛細現象向上送到火焰燃燒的部份轉變成蠟蒸氣

為了更清楚地說明這點，我們可以這樣做：

1. 將蠟燭點燃1分鐘後，吹熄蠟燭，此時你會看見有一縷白煙從燭芯頂端冒出。
2. 當白煙冒出來時，用點燃的打火機在遠端碰觸白煙，觀察實驗結果（1）。
3. 用點燃的蠟燭直接燃燒沒有燭芯的固態蠟燭，觀察實驗結果（2）。
4. 用點燃的蠟燭直接燃燒液態蠟油，觀察實驗結果（3）。

此時我們將會看見實驗結果（1），打火機的火移近剛被吹熄還白煙裊裊的蠟燭時，『只是靠近、沒有碰到燭芯』，蠟燭就再度燃燒起來。實驗結果（2）只見固態蠟燭熔化成液態蠟，但並沒有燃燒的現象；實驗結果（3）更可以看到點燃的蠟燭在碰觸到液態蠟油後直接熄滅。這個實驗可以清楚證明蠟燭燃燒時的可燃物就是蠟蒸氣，並非一般人所說的固態蠟燭或液態的蠟油喔。