使用微波爐來熔玻璃

生活科學趣談

以下這個實驗是先搖晃噴槍來大面積加熱玻璃,避免後續局部強熱造成膨脹量差異過大而導致爆裂,然後定點強熱直到將玻璃烤紅時才啟動微波爐。由於這樣就如同是微波爐空燒,很容易造成磁控管元件損壞。若要嘗試這樣的實驗,最好是到資源回收場尋找淘汰但仍堪用的舊機(行情是500元)

那麼為何微波能熔化玻璃呢?轉盤不也是玻璃做的嗎?根據我做的測試,空燒時轉盤確實會變熱,只有中心不會熱。這表示轉盤圓心處就是駐波的節點,因此微波食物時,容器宜偏離圓心處(我都是放在轉盤的邊緣)。另外,玻璃杯與碗盤等容器在空燒時也會變熱,其中以陶器的升溫最高(註:全部都是乾燥的容器)。微波之所以能加熱玻璃,根據 Steve 的說法:「玻璃中的SiO2分子是以隨意的排列方式所形成的非晶狀固體(Amorphous solid),因此相較於冰晶中的氧原子,在玻璃中的氧原子比較容易被電場推離原有的位置,從而能有較高的微波吸收率來轉換成熱能」。他這種論點我覺得還差臨門一腳,因為雖然是分子排列不規則的非晶狀固體,但是氧原子與矽原子之間的鍵能並不會因為晶形或非晶形而改變(亦即氧原子在受到電場驅動時,其位移不會因為晶形或非晶形而有所差異)

我認為那個預熱的步驟才是關鍵,因為它先被烤到發光的程度,這樣的溫度已超過鈉鈣玻璃的轉化溫度 Tg 520℃,也就是這種情況下的玻璃已經從玻璃態轉變成高彈態(又稱橡膠態)。SiO2分子中的氧原子在受到電場驅動時可以產生很大的位移量,然後藉由微波的振盪電場在原處做激烈的往復運動,這種熱運動就會造成玻璃的升溫。一旦溫度達到600℃,玻璃就能進入黏流態,從而表現出熔化的現象。

最後來欣賞一段以微波用燒窯(Microwave Kiln)將玻璃熔化的藝術創作影片