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原民科學(一)打火石

生活科學趣談

拿含石英質的石頭與鐵器敲擊會產生火花的機制,幾乎所有的科普文章都說這是石英晶體之壓電效應(Piezoelectricity)所造成。 因為石英受到應力時,晶體內會產生電極化的現象,因而在某一個方向上產生電荷的累積,將機械能轉化為電能釋放出來而造成電火花。

不過下則影片並非使用石英來打火,其僅是藉由鐵器敲擊銳利的石塊就能產生火花

因此不禁讓我們懷疑「這種火花是否僅是單純的摩擦生熱所造成」?就如同以砂輪機磨刀具時所噴出的火花是一樣的機制

因為鋼鐵的硬度約為 4~4.5,石英(或石英砂)的硬度為7,將鐵與石英互相摩擦時,硬度較小的鐵就會被刮下來。這些鐵屑噴出時因摩擦生熱所產生的高溫,於是在空中氧化燃燒形成光亮之流線。要證實這樣的論點其實並不難,只要觀察火花的型態即可。因為鋼鐵的成分中含有碳,由於高溫會造成灼熱鐵屑內所含的碳與氧燃燒形成二氧化碳,這些氣泡於是就能突破鐵屑表面之氧化膜而噴出,進而造成流線的軌跡中會在某處表現出爆裂的分岔火花,這是鐵屑火花的特徵,就如同點燃含有鐵粉的仙女棒會看到分岔的火花一樣。

電火花就不可能會造成這種分岔,譬如下列這則雅各天梯中的電火花

更何況石英若經敲擊而帶有表面電荷時,這些分離的正負電荷應循最短路徑而復合,在無外接導線的情況下,理應走石英表面產生電性中和,而不是跳出火花來。所以我認為打火石產生的火花是經由摩擦生熱的機制而非壓電效應。

回來看阿美族使用打火石來引火的例子,影片中使用山楝枯木來當作引火的火絨,由於這種枯枝不是那麼容易取得,倒是可以使用前述影片「野外求生-擊石取火」中所使用的碳布來代替,其製作方法就是國中理化課所教的乾餾法

將純棉的布料置於留有透氣孔的空罐內,即可乾餾形成碳布

影片中最後是以棒來打火,可在露天購得(長7.5cm, 39元);防熄火柴則可在PChome購得(20支, 45元)