شمع یکی از ساده ترین و در عین حال هوشمندانه ترین ابزارهای روشنایی است: سوخت آن درون بدنه خودش قرار دارد و بسته بندی جداگانه ای لازم ندارد. با وجود ظاهر ساده، روشن ماندن شمع نتیجه همکاری دقیق میان موم و فتیله است. در واقع، آنچه شعله شمع را پایدار نگه می دارد، تنها سوختن یک نخ یا ذوب شدن موم نیست؛ بلکه فرایندی پیوسته از ذوب، جذب، تبخیر و احتراق است.
شمع از چه بخش هایی تشکیل شده است؟
هر شمع معمولی دو جزء اصلی دارد که باید هماهنگ با یکدیگر عمل کنند:
- سوخت: ماده ای مومی شکل که در بسیاری از شمع های تجاری از پارافین ساخته می شود.
- فتیله: رشته ای از نخ، پنبه یا الیاف جاذب که موم ذوب شده را به سمت شعله منتقل می کند.
بدنه مومی شمع، مخزن سوخت است و فتیله نقش یک مسیر انتقال سوخت را ایفا می کند. بدون موم، فتیله خیلی زود می سوزد؛ و بدون فتیله، موم جامد به سادگی نمی تواند با شعله تماس مؤثر برقرار کند.
فتیله چگونه موم را بالا می کشد؟
فتیله باید ذاتاً جاذب باشد؛ یعنی رفتاری شبیه حوله یا دستمال نخی داشته باشد. این ویژگی به پدیده ای به نام خاصیت موئینگی وابسته است. در موئینگی، مایع می تواند از میان فضاهای بسیار ریز بین الیاف بالا برود، حتی اگر نیروی جاذبه خلاف جهت حرکت آن باشد.
اگر یک تکه فتیله بدون موم را از فروشگاه های لوازم هنری تهیه کنید، معمولاً متوجه می شوید که مانند نخ نرم است و آب را به خوبی جذب می کند. همین قدرت جذب برای عملکرد شمع ضروری است، زیرا فتیله باید موم مایع را از حوضچه ذوب شده اطراف خود بگیرد و به سمت بالای شعله برساند.
در برخی چراغ های نفتی نیز از فتیله هایی با خاصیت موئینگی قوی، از جمله نمونه های ساخته شده از الیاف شیشه، استفاده می شود. تفاوت مهم این است که در شمع، سوخت ابتدا جامد است و تنها در اثر گرمای شعله، نزدیک فتیله ذوب می شود.
فتیله نخی با خاصیت موئینگی، موم ذوب شده را به سمت شعله هدایت می کند.
وقتی شمع را روشن می کنیم چه اتفاقی می افتد؟
با نزدیک کردن کبریت یا فندک به فتیله، ابتدا خود فتیله برای مدت کوتاهی شعله ور می شود. گرمای اولیه، موم درون و اطراف فتیله را ذوب می کند. سپس چرخه اصلی کار شمع آغاز می شود:
- حرارت شعله، موم جامد نزدیک فتیله را به موم مایع تبدیل می کند.
- فتیله موم مایع را به کمک خاصیت موئینگی به سمت بالا می کشد.
- با نزدیک شدن موم به بخش بسیار داغ شعله، موم تبخیر می شود.
- بخار موم با اکسیژن هوا ترکیب شده و می سوزد.
- گرمای حاصل از احتراق، موم بیشتری را ذوب می کند و چرخه ادامه می یابد.
بنابراین، پاسخ دقیق به این پرسش که «در شمع چه چیزی می سوزد؟» این است که بخش عمده سوخت واقعی، بخار موم است. فتیله بیشتر نقش رساندن سوخت مایع به ناحیه داغ را دارد، هرچند در آغاز روشن کردن شمع و در صورت نامناسب بودن طول فتیله، مقداری از خود آن نیز می سوزد.
پارافین چیست و چرا در شمع استفاده می شود؟
پارافین، مومی رایج در بسیاری از شمع ها، نوعی هیدروکربن سنگین است که از پالایش نفت خام به دست می آید. نفت خام منشأ فرآورده های متنوعی مانند بنزین، نفت سفید، گازوئیل و مواد مومی پارافینی است؛ هرکدام از این مواد بر اساس ویژگی های فیزیکی و محدوده جوش خود از هم جدا و فرآوری می شوند.
پارافین در دمای اتاق معمولاً جامد است. هنگامی که شمع روشن می شود، فقط مقدار کمی از موم نزدیک فتیله ذوب و سپس بخار می شود. پس از خاموش شدن شمع و افت دما، موم مایع دوباره جامد می شود. این تغییر حالت برگشت پذیر، دلیل سفت شدن دوباره موم شمع است.
البته همه شمع ها پارافینی نیستند. شمع های موم زنبور عسل، سویا، نارگیل، کلزا و ترکیب های گیاهی نیز در بازار وجود دارند. با این حال، در همه این نمونه ها اصل عملکرد تقریباً یکسان است: موم ذوب می شود، در فتیله بالا می رود، بخار می شود و بخار آن می سوزد.
چگونه ثابت کنیم بخار موم می سوزد؟
دو مشاهده ساده و جالب نشان می دهد که سوخت اصلی شعله، موم مایع نیست؛ بلکه بخار موم است. این آزمایش ها باید فقط با رعایت کامل احتیاط، دور از مواد قابل اشتعال و ترجیحاً توسط فرد بزرگسال انجام شوند.
آزمایش لوله و شعله دوم
اگر یک لوله فلزی یا شیشه ای باریک، با طول تقریبی ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر، را با زاویه حدود ۴۵ درجه در نزدیکی شعله شمع قرار دهید، بخار پارافین می تواند از داخل لوله حرکت کند. در شرایط مناسب، می توان انتهای بالایی لوله را روشن کرد و شعله دومی مشاهده نمود. این شعله دوم از بخار پارافینی تغذیه می کند که از شعله اصلی به درون لوله راه یافته است.
برای جلوگیری از خطر سوختگی یا شکستن شیشه بر اثر شوک حرارتی، استفاده از این روش در محیط خانگی توصیه نمی شود. اما منطق علمی آن روشن است: اگر سوخت فقط موم مایع بود، نمی توانست از فضای داخلی لوله بالا برود و در انتهای دیگر شعله ایجاد کند.
گرمای شعله، موم اطراف فتیله را ذوب می کند.
روشن شدن دوباره شمع از مسیر دود سفید
پس از فوت کردن شمع، اغلب رشته ای از دود سفید از بالای فتیله دیده می شود. این دود در حقیقت عمدتاً بخار پارافین است که با سرد شدن، تا حدی متراکم شده و قابل مشاهده شده است. تا زمانی که فتیله آن قدر داغ باشد که بتواند پارافین را بخار کند، این جریان ادامه دارد.
اگر منبع آتش را با احتیاط به این جریان سفید نزدیک کنید، ممکن است شعله در امتداد بخار حرکت کرده، به پایین برسد و فتیله را دوباره روشن کند. این پدیده یکی از زیباترین نمایش های دیدنی در علم احتراق است و نشان می دهد که مسیر بخار موم، پلی میان شعله و فتیله است.
چرا فتیله فوراً نمی سوزد؟
ممکن است تصور شود چون فتیله درون شعله قرار دارد، باید خیلی سریع خاکستر شود. دلیل اینکه این اتفاق به سرعت رخ نمی دهد، اثر خنک کنندگی موم در حال تبخیر است. موم مایعی که مدام درون فتیله بالا می رود، بخش نمایان فتیله را تا حدی خنک می کند و از سوختن کامل آن جلوگیری می کند.
این وضعیت تا حدی شبیه ترفند جوشاندن آب در لیوان کاغذی است: تا زمانی که آب داخل لیوان گرما را جذب می کند، کاغذ به سادگی نمی سوزد. در شمع نیز موم مایع و فرایند تبخیر آن، گرما را جذب می کند و از فتیله محافظت نسبی به عمل می آورد.
اگر فتیله بیش از اندازه بلند باشد، موم کافی به همه بخش های آن نمی رسد. در نتیجه، نوک فتیله می تواند بیش از حد بسوزد، شعله بلند و ناپایدار شود، دوده تولید کند و لبه ظرف شمع را سیاه کند. کوتاه کردن فتیله به حدود ۴ تا ۶ میلی متر پیش از روشن کردن شمع، در بیشتر شمع های ظرفی یک راهکار عملی و مفید است.
چرا موم شمع به تنهایی به سختی روشن می شود؟
پارافین می تواند بسوزد، اما برای آغاز احتراق باید به دمای نسبتاً بالایی برسد. از این نظر، رفتار آن به روغن خوراکی، روغن موتور و زغال سنگ شباهت دارد: این مواد سوختنی هستند، اما با یک جرقه کوچک در دمای عادی به سادگی شعله ور نمی شوند.
آتش سوزی روغن معمولاً شدید است و خاموش کردن آن دشوار است؛ پارافین نیز در حجم زیاد می تواند خطرناک باشد. مزیت طراحی شمع این است که تنها مقدار بسیار کمی از موم، دقیقاً در ناحیه فتیله، به اندازه کافی داغ می شود تا تبخیر و احتراق رخ دهد. به همین دلیل، شمع در صورت استفاده درست، منبع نوری کنترل پذیرتر از یک ظرف موم یا روغن داغ است؛ اما همچنان هرگز نباید بدون نظارت رها شود.
تنها موم نزدیک فتیله ذوب و به بخار قابل اشتعال تبدیل می شود.
ترکیبات شمع و مواد حاصل از سوختن آن
شمع ها عمدتاً از پارافین ساخته می شوند، اما ممکن است حاوی موم زنبور عسل یا موم های گیاهی هم باشند. علاوه بر موم و فتیله، برخی محصولات دارای رنگ، اسانس و افزودنی های پایدارکننده هستند. هنگام سوختن شمع، بسته به جنس موم، کیفیت فتیله، رنگ و عطر افزوده شده، تهویه محیط و کامل یا ناقص بودن احتراق، ترکیبات گوناگونی در هوا تولید می شوند.
در احتراق ایده آل هیدروکربن ها، محصولات اصلی دی اکسید کربن و بخار آب هستند؛ اما احتراق واقعی شمع همیشه کاملاً ایده آل نیست. ممکن است مقادیری از ترکیبات آلی فرار، ذرات بسیار ریز، دوده و گازهای بالقوه مضر نیز ایجاد شوند. شمع های معطر یا رنگی، به ویژه در فضای کوچک و بدون تهویه، می توانند ترکیبات بیشتری وارد هوا کنند.
- شمع را در اتاق دارای جریان هوای ملایم روشن کنید، نه در فضای کاملاً بسته.
- از سوزاندن طولانی مدت چند شمع به طور هم زمان در اتاق کوچک خودداری کنید.
- اگر شعله دود می کند یا فتیله قارچی و سیاه شده است، شمع را خاموش کنید، صبر کنید خنک شود و فتیله را کوتاه کنید.
- افراد مبتلا به آسم، آلرژی یا حساسیت به بو بهتر است از شمع های بدون عطر و با زمان استفاده کوتاه تر بهره ببرند.
نواحی شعله شمع چه تفاوتی دارند؟
اگر با دقت به شعله نگاه کنید، معمولاً چند ناحیه رنگی می بینید. بخش تیره تر نزدیک فتیله، جایی است که بخار موم هنوز به طور کامل با اکسیژن مخلوط نشده است. ناحیه روشن و زردرنگ، اغلب به ذرات بسیار ریز کربن داغ مربوط است که نور تابش می کنند. در بخش بیرونی شعله که اکسیژن بیشتری در دسترس است، احتراق کامل تر رخ می دهد و دما بالاتر است.
قرار دادن جسم در بخش بیرونی شعله می تواند سریع تر آن را گرم کند، اما این کار باید فقط در آزمایش های کنترل شده آموزشی انجام شود. شعله شمع با وجود کوچک بودن، دمای قابل توجهی دارد و می تواند پوست، مو، پرده، کاغذ و مواد پلاستیکی را آتش بزند.
راهنمای استفاده ایمن و بهتر از شمع
دانستن نحوه کار شمع به استفاده ایمن تر از آن کمک می کند. برای بهره برداری مناسب از شمع در خانه، محل کار یا مراسم، این نکات را رعایت کنید:
- شمع را روی سطح صاف، پایدار، نسوز و دور از پرده، کاغذ، گل خشک و مواد قابل اشتعال قرار دهید.
- شمع روشن را هرگز بدون مراقبت رها نکنید و آن را دور از دسترس کودکان و حیوانات خانگی نگه دارید.
- برای خاموش کردن، در صورت امکان از خاموش کننده شمع استفاده کنید تا پاشش موم داغ و دود کاهش یابد.
- شمع های داخل ظرف را تا زمانی روشن نگه ندارید که موم به انتهای ظرف برسد؛ گرمای زیاد ممکن است به ظرف آسیب بزند.
- شمع های چندفتیله را در نخستین استفاده به اندازه ای روشن بگذارید که سطح موم تا حد امکان یکنواخت ذوب شود؛ این کار می تواند از ایجاد تونل عمیق در مرکز شمع جلوگیری کند.
- برای خاموش کردن موم یا روغن شعله ور، هرگز آب نریزید؛ آب می تواند مایع داغ را پخش کرده و آتش را شدیدتر کند. در چنین شرایطی باید از روش مناسب خاموش سازی و کمک حرفه ای استفاده شود.
ذوب یکنواخت سطح موم در شمع چندفتیله به جلوگیری از تونل زدگی کمک می کند.
نتیجه گیری
نحوه کار شمع نمونه ای جذاب از ترکیب فیزیک و شیمی در زندگی روزمره است. گرمای اولیه موم را ذوب می کند، فتیله موم مایع را با خاصیت موئینگی بالا می برد، موم به بخار تبدیل می شود و بخار موم می سوزد. این چرخه تا زمانی ادامه دارد که موم، فتیله و اکسیژن کافی در دسترس باشند. حالا که راز شعله شمع را می دانید، دفعه بعد با دیدن دود سفید پس از خاموش شدن آن یا حوضچه موم اطراف فتیله، این فرایند دقیق و شگفت انگیز را بهتر خواهید شناخت. اگر تجربه یا پرسشی درباره شمع ها، فتیله ها یا شمع سازی دارید، آن را با ما و دیگر خوانندگان در میان بگذارید.
سوالات متداول
-
آیا موم شمع می سوزد یا فتیله؟
فتیله ابتدا موم را گرم و ذوب می کند، اما سوخت اصلی شعله بخار مومی است که از طریق فتیله بالا آمده و در دمای بالا می سوزد.
-
چرا پس از خاموش کردن شمع دود سفید دیده می شود؟
این جریان عمدتاً بخار پارافین است که با سرد شدن تا حدی متراکم و قابل مشاهده می شود. اگر فتیله هنوز داغ باشد، این بخار می تواند موجب روشن شدن دوباره شمع شود.
-
چرا فتیله شمع سریع تمام نمی شود؟
موم مایعِ جذب شده در فتیله و تبخیر آن، بخشی از گرما را جذب می کند و فتیله را تا حدی خنک نگه می دارد. با این حال، فتیله به مرور مصرف می شود.
-
چرا موم شمع بعد از خاموش شدن دوباره سفت می شود؟
پارافین و بسیاری از موم های شمع در دمای اتاق جامد هستند. پس از خاموش شدن شمع و کاهش دما، موم ذوب شده دوباره به حالت جامد بازمی گردد.
-
چگونه از دود کردن شمع جلوگیری کنیم؟
فتیله را پیش از روشن کردن به حدود ۴ تا ۶ میلی متر کوتاه کنید، شمع را دور از جریان شدید هوا بگذارید و از روشن نگه داشتن طولانی مدت آن در فضای کوچک و بسته پرهیز کنید.