小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)中的熱源，主要來自各種燈，如酒精燈、酒精噴燈、本生燈等。酒精燈的操作步驟、注意事項(xiàng)，大家應(yīng)該已耳熟能詳，但是普通酒精燈的加熱溫度有限且不夠穩(wěn)定，而初中化學(xué)的某些實(shí)驗(yàn)需要高溫條件，如教材中的木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)就提到，“可加網(wǎng)罩以使火焰集中并提高溫度，最好使用酒精噴燈”。那么，酒精噴燈有什么特別之處呢？它的工作原理是什么？化學(xué)史上還有哪些著名的燈？它們的工作原理又是什么？

酒精噴燈為何比普通酒精燈更好用

酒精噴燈有酒精貯存在燈座內(nèi)的座式噴燈和酒精貯罐掛于高處的掛式噴燈兩種，實(shí)驗(yàn)室常見的是座式噴燈。座式酒精噴燈主要由酒精入口（壺嘴）、預(yù)熱盤、預(yù)熱管、噴管、空氣調(diào)節(jié)桿等組成。預(yù)熱管與噴管焊在一起，中間有一細(xì)管相通，使蒸發(fā)的酒精蒸汽從噴嘴噴出，在噴管燃燒。通過空氣調(diào)節(jié)桿，可以控制火焰的大小。

使用座式酒精噴燈時(shí)，要注意酒精應(yīng)加至壺體總?cè)萘康?/5～2/3，不能過少，也不得注滿。向預(yù)熱盤中注入約2/3 容量的酒精并將其點(diǎn)燃，待預(yù)熱管內(nèi)酒精受熱汽化并從噴管噴出時(shí)，預(yù)熱盤內(nèi)燃著的火焰就會(huì)將噴出的酒精蒸汽點(diǎn)燃，有時(shí)也需要用火柴點(diǎn)燃。停止使用時(shí)，用陶土網(wǎng)或木板平壓覆蓋噴管口即可熄滅燈焰。

根據(jù)使用方法，我們可推測酒精噴燈的工作原理。預(yù)熱盤內(nèi)的酒精先燃燒產(chǎn)生熱量，使預(yù)熱管內(nèi)沿?zé)粜旧仙木凭罅科?，并在噴管?nèi)同空氣混合，此時(shí)預(yù)熱盤上的火焰也會(huì)點(diǎn)燃酒精蒸汽（有時(shí)需要用火柴點(diǎn)燃）；由于酒精噴燈的導(dǎo)熱性能（這也是酒精噴燈之所以用銅制的原因之一），一旦其被點(diǎn)燃，噴管口火焰的溫度足以維持酒精源源不斷地汽化并通過噴嘴進(jìn)入噴管。用中學(xué)化學(xué)所學(xué)知識(shí)來解釋酒精汽化的過程，就是底座內(nèi)的酒精受熱，分子運(yùn)動(dòng)加劇，分子間間隔變大；噴管內(nèi)酒精蒸汽之所以能夠燃燒，是因?yàn)闈M足了燃燒的3 個(gè)條件：可燃物、氧氣、溫度達(dá)到可燃物的著火點(diǎn)。

酒精噴燈和普通酒精燈均利用酒精蒸汽的燃燒作熱源，為何酒精噴燈能達(dá)到的溫度比普通酒精燈的高得多？很大原因在于酒精噴燈利用噴管將酒精蒸汽及其燃燒產(chǎn)生的熱量富集，并可通過空氣和燃料的比例獲得最大的燃燒和加熱效率。而普通酒精燈燃燒產(chǎn)生的熱量，大多隨火焰周圍氣流的對流耗散了，所以普通酒精燈的溫度雖然也有達(dá)到800℃的情況，但是一般來說，其加熱要溫和得多。

本生燈為何能調(diào)節(jié)火焰大小

本生燈由德國化學(xué)家本生在煤氣燈的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來。

1852 年，德國海德堡大學(xué)向本生發(fā)出了一封聘請信，打算聘請他為化學(xué)教授。本生接信前往，然而當(dāng)他考察了學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室后，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的很多方面已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上當(dāng)時(shí)化學(xué)的發(fā)展了。于是，本生向?qū)W校提出，他要根據(jù)自己的設(shè)計(jì)建造新的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，否則就離開。學(xué)校同意了。在建造化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的過程中，本生就需要面對一個(gè)重大問題：現(xiàn)有儀器和實(shí)驗(yàn)需求不同步，尤其在加熱方面。

那時(shí)，德國的一些城市已經(jīng)開始普及煤氣路燈，本生從這一點(diǎn)得到啟發(fā)，設(shè)計(jì)了利用煤氣加熱的燈具?？上聼艟叩暮跓煷?、效率低，這讓本生的燈具改良陷入了僵局。就在這時(shí)，本生的一個(gè)學(xué)生從英國帶回了法拉第發(fā)明的新燈具。這種燈具呈圓錐形，能上下移動(dòng)，頂部有個(gè)金屬網(wǎng)。但是，本生試了后發(fā)現(xiàn)，這種燈的火焰依舊較小，溫度低、不穩(wěn)定，而且火焰大小難以調(diào)節(jié)。

經(jīng)過思考，本生發(fā)現(xiàn)了這一系列問題的癥結(jié)所在：這種燈同酒精燈一樣，都是靠外部供給空氣燃燒，但是由于煤氣與空氣接觸的時(shí)間短，混合不充分，燃燒不完全，溫度上不去，黑煙也就滾滾而來了。所以，要想火焰燃燒旺、黑煙少，就一定要在點(diǎn)燃之前將氣體充分混合。這一想法與我們所學(xué)知識(shí)不謀而合。要使燃料充分燃燒，通常需要考慮兩點(diǎn)：一是燃燒時(shí)要有足夠的空氣，二是燃料與空氣要有足夠大的接觸面積。

這種想法得到了學(xué)校同事彼得·迪斯德加的認(rèn)同，他將本生的想法變成了現(xiàn)實(shí)。經(jīng)過一次次的試用和改進(jìn)，1855年，本生燈誕生了。它可以安全地燃燒氣體燃料，煤氣或者石油氣火焰不會(huì)倒流進(jìn)氣體供應(yīng)管內(nèi)。當(dāng)空氣與煤氣的進(jìn)氣量為3：1時(shí)，火焰最佳，火焰溫度最高可達(dá)1 000℃以上，旋轉(zhuǎn)燈管或者下部的螺絲可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣量以控制火焰大小。

本生燈的火焰分為3層：內(nèi)層由水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳和氮氧混合物等構(gòu)成，溫度約為300℃，稱為“焰心”；中層的煤氣開始燃燒，但是燃燒不完全，火焰呈淡藍(lán)色，溫度約為500℃，稱為“還原焰”；外層煤氣燃燒完全，火焰呈淡紫色，溫度可達(dá)800～900℃，稱為“氧化焰”，此處的溫度最高，故加熱時(shí)利用氧化焰。因本生燈的燃燒效率高，產(chǎn)生污染小，多用于實(shí)驗(yàn)室中。

戴維燈為何能在礦井中安全燃燒

19世紀(jì)，英國的煤炭工業(yè)蓬勃發(fā)展，全國各地都在開發(fā)煤礦，但是煤礦經(jīng)常發(fā)生爆炸事故，礦工的生命沒有保障。礦井為什么會(huì)爆炸呢？原來，在礦井中彌漫著一種叫作“甲烷”（俗稱“瓦斯”）的氣體，它有可燃性。通過中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)可知，可燃物在有限的空間內(nèi)急劇地燃燒，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)聚積大量的熱，使氣體的體積迅速膨脹而引起爆炸?？墒牵谏焓植灰娢逯傅牡V井里，不點(diǎn)燈照明的話，怎么挖煤呢？

英國成立了一個(gè)專門研究煤礦生產(chǎn)事故的協(xié)會(huì)，號(hào)召科學(xué)家為礦工的生命安全作貢獻(xiàn)?？茖W(xué)家戴維立即投入了這項(xiàng)新的課題研究。

戴維先到礦井進(jìn)行實(shí)地考察。他察看了礦井的形狀、大小、通風(fēng)等情況，又找礦工了解了瓦斯爆炸的原因。十幾天的調(diào)查，使戴維確認(rèn)了爆炸的原因。同時(shí)，礦工介紹的瓦斯爆炸時(shí)的悲慘情景以及他們的強(qiáng)烈愿望，更堅(jiān)定了戴維發(fā)明一種安全燈的決心。

怎樣才能使燈不會(huì)點(diǎn)燃瓦斯呢？戴維首先想到：把燈與周圍完全隔離開。這樣自然不會(huì)發(fā)生爆炸事故，可是燈也點(diǎn)不著了，因?yàn)槿紵枰鯕?。那么，必須設(shè)計(jì)一種空氣能進(jìn)去的燈罩。戴維又想到：銅、鐵等金屬的導(dǎo)熱性很好，它們能夠?qū)岷芸斓貜囊惶巶鞯搅硪惶?，如果在燈的外面裝一個(gè)金屬網(wǎng)罩，這樣火焰燃燒的熱量不斷地被傳導(dǎo)、散發(fā)掉，罩子與外界接觸面的溫度就不會(huì)很高，低于瓦斯的著火點(diǎn)，瓦斯也就燒不著了。想到這里，戴維連忙找來一張鐵絲網(wǎng)，用它制成一個(gè)圓筒形的燈罩。戴維將燈罩裝在燈的外面，將少量瓦斯噴到燈罩上，結(jié)果瓦斯沒有燃燒起來。接著，戴維又逐漸加大噴出的瓦斯的量，以至燈罩邊緣的瓦斯?jié)舛瘸^礦井中瓦斯的最大濃度，瓦斯依然沒有被點(diǎn)著。

一種新型的礦井用燈誕生了！在它走出實(shí)驗(yàn)室前，戴維決定親自帶著它下礦井試驗(yàn)。他的想法遭到好友華德生的反對。華德生說：“您是大科學(xué)家，是‘國寶’，不能這么干，太危險(xiǎn)了。再說，我是醫(yī)生，處理應(yīng)急事件的能力比您強(qiáng)，還是讓我來吧！”華德生舉著燈，健步走進(jìn)礦井。礦井上圍觀的人們都懷著忐忑不安的心情等待著。漫長的20 多分鐘過去了，華德生微笑著從礦井里走出來。圍觀的人們熱烈歡呼：“戴維發(fā)明的燈真不簡單！”后來，人們就把這種燈稱為“戴維燈”，它的發(fā)明不僅拯救了無數(shù)礦工的生命，而且促進(jìn)了英國煤礦工業(yè)的大發(fā)展。

那么，戴維燈所蘊(yùn)含的化學(xué)道理是什么呢？還是燃燒的3 個(gè)條件——可燃物、氧氣、溫度達(dá)到可燃物的著火點(diǎn)。戴維燈就是利用了金屬良好的導(dǎo)熱性，使得熱量不斷散發(fā)，溫度達(dá)不到瓦斯的著火點(diǎn)，瓦斯就無法燃燒了。小學(xué)科學(xué)中“燒不著的紙船”也是這個(gè)道理，紙船中的水不斷吸收熱量，紙船的溫度始終達(dá)不到紙的著火點(diǎn)，紙船也就無法燃燒了。

戴維燈在世界上使用了100 多年，直到20 世紀(jì)30 年代才被電池?zé)籼娲?。戴維拒絕為自己的發(fā)明申請專利，他說他的“唯一目的是為人道事業(yè)服務(wù)”。

（責(zé)任編輯：白玉磊）