放大鏡為什麼能
把紙燒起來？
用放大鏡聚集陽光把紙烤焦，是暑假理科課的經典實驗。但這並非放大鏡的專利。據說圓形玻璃球、裝了水的金魚缸、寶特瓶，只要條件湊齊，也可能發生同樣的事。
晴天的理科課上，將放大鏡對著陽光，慢慢靠近放在地上的紙。紙上會出現一個小小的、亮得刺眼的光點。過一會兒，那個點會冒出白煙，接著竄出小小的火焰。
放大鏡本身完全不會發燙。但光線聚集的那一點，卻高溫到足以把紙燒起來。
了解這個現象的真相後，你會發現放在向陽窗邊的、身邊常見的圓形透明物品，也潛藏著同樣的危險。
紙會燒起來，原因只有兩個
像放大鏡這樣的凸透鏡，具有把大範圍照射下來的平行光線，集中到一個點（焦點）的性質。
原本分散在寬廣面積上的光能量，被壓縮進極小的一個點，這個點的亮度（強度）因此可達原本的數百倍。
接下來就一項一項來看。
原因1：鏡片是把光集中到一點的工具
放大鏡中央隆起的鏡片（凸透鏡），當太陽直射而來的平行光進入時，通過鏡片會改變前進方向（折射）。靠近中心的光幾乎直線前進，但越靠近鏡片邊緣，光被向內彎曲的幅度就越大。
結果，穿過鏡片的光會全部集中到鏡片稍遠處的一個點。這個點稱為「焦點」。用放大鏡烤紙時，把鏡片和紙的距離拉近或拉遠，尋找光點最小、最亮的位置，其實就是在尋找這個焦點的位置。
把光集中到一點的作用，並不限於放大鏡這類凸透鏡。圓形玻璃球、裝水的金魚缸或花瓶、接近裝滿水的透明寶特瓶等，據說在光線通過時，有時也會產生類似的效果。事實上，也有窗邊放置的玻璃製品聚集陽光、燒焦窗簾或地板而釀成火災的案例報告。
原因2：光集中後，面積越小、強度就越大
試著比較把相同份量的水倒進大水桶，和倒進小杯子的情況。杯子裡的水位會比水桶高出許多。光的強度也有類似的關係。
鏡片接收到的大面積光能量，幾乎沒有損失，直接被壓縮進焦點這個極小的面積裡。面積越小，該處的亮度（單位面積的強度）就會跟著大幅上升。紙之所以會被燒到高溫，正是這種「面積壓縮」帶來的結果。
- 圓形玻璃球、水槽或金魚缸擺在照得到陽光的窗邊
- 裝了接近滿水量的透明圓形寶特瓶或花瓶，放在陽光直射的地方
- 附近有窗簾、紙張、乾燥的落葉等易燃物
那麼，該怎麼做才好？
- 圓形玻璃製品或裝水的容器，不要放在陽光直射的地方尤其窗邊白天的光線方向會不斷改變，且長時間照射。
- 出門前先檢查窗邊的擺設外出期間太陽角度會改變，焦點有可能正好對準易燃物。
- 使用放大鏡或凸透鏡時，要和大人一起在不會燃燒的地方操作例如混凝土地面等，選擇不會讓火蔓延的地方。
若聞到焦味或看到冒煙，請先移開鏡片或圓形擺設物，擋住光線，停止熱源。接著，若只是紙屑等小火，多半可以澆水撲滅，但若火勢已經蔓延，或沒有把握，請不要勉強，立刻離開現場。
若判斷初期滅火有困難，請不要猶豫，立刻撥打119報案。避難時也要記得壓低姿勢，避免吸入濃煙。
總結
放大鏡能把紙燒起來，是因為①鏡片把平行的陽光集中到一點與②面積變小、光的強度就跟著大幅上升這兩件事同時發生。這兩個條件，就算不是放大鏡，只要是圓形的透明物品，也有可能不小心同時湊齊。
危險的不是「鏡片」這個工具本身。
而是「圓形、透明、能透光」這個條件湊齊了。
其實不需要鏡片，光靠一個小小的「孔」就能形成太陽的像。關於樹蔭下的光斑為什麼全部都是圓形，這篇文章有詳細說明（這種情況不會聚光，所以是安全的）。
穿過玻璃的陽光，會在封閉空間裡累積多少熱量，停在陽光下的車內，為什麼會比外面熱20度以上？這篇文章有討論。
- 選一個晴天，在混凝土地面等不會延燒的地方，和大人一起準備放大鏡
- 把放大鏡逐漸遠離紙張，尋找地面上光點最小、最刺眼的位置（焦點）
- 在那個位置稍等，確認紙冒煙後，立刻澆水撲滅
光點最小的位置，正是光線集中最強的焦點。只有在那個位置紙才開始焦黑，由此可以親眼確認「集中面積的縮小」正是起火的關鍵。為避免傷眼，請勿直接注視焦點本身。
想知道更多 ― 用語・公式・與教科書的關聯從國中理科到大學專業科目，明確標示這是哪個程度的內容
- 國中國中理科課學到的範圍
- 高中高中「物理基礎」學到的範圍
- 高中＋高中「物理」，或教科書中屬於進階、專欄的內容
- 大學高中不會學到，屬於大學專業科目（光學工程）的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」教授，是研究者目前仍在調查中的內容
國中用語：鏡片與光相關的詞彙
- 凸透鏡：中央隆起的鏡片。具有把光集中到一點的性質。
- 折射：光在不同物質的交界處改變前進方向的現象。
- 焦點：通過鏡片的平行光全部集中的點。
高中用公式驗證：光的強度會變成幾倍
試著計算面積改變時，亮度（單位面積的光強度）會如何變化。
集中後的亮度 ＝ 原本的亮度 × 面積比
| 原本的亮度 | 地面上陽光強度的參考值［W/m²］ |
| 面積比 | 鏡片面積 ÷ 焦點面積 |
| 地面陽光強度（參考值） | 1000 W/m² |
| 鏡片面積（假設直徑5cm） | 約20 cm² |
| 焦點面積（假設直徑2mm） | 約0.03 cm² |
| 面積比 | 20 ÷ 0.03 ≒ 667倍 |
| 集中後的亮度 | 1000 × 667 ≒ 667000 W/m² |
※ 鏡片與焦點的大小，是為了說明機制而假設的數值。實際數值會因鏡片的形狀與大小而異。
| 把集中後的亮度換算成kW | 667000 ÷ 1000 ＝ 667 kW/m² |
這個計算得出，焦點的亮度大約是原本陽光的667倍。紙的發火點（開始燃燒的溫度）約為230℃左右，若有這麼強的能量集中，短時間內達到該溫度也就不難理解了。
高中＋凸透鏡的形狀與焦距的關係
鏡片中央隆起得越厲害，彎曲光線的能力（折射的強度）就越大，鏡片到焦點的距離（焦距）據說會越短。焦距越短的鏡片，即使大小相同，也會以更急的角度彎折光線，因此更容易把光集中到更小的點。放大鏡的倍率或鏡片厚度不同，光的集中方式也會跟著改變，原因就在於此。
大學聚光技術也被應用於實務
這種「集中光線、創造高能量密度」的機制，也被實際應用在技術上。稱為太陽爐的裝置，會用大量鏡子或鏡片把陽光集中到一點，製造出足以熔化金屬的高溫。太陽能發電的聚光型面板，也有研究利用鏡片或反射鏡集中光線來提高發電效率的設計。這些都是大學光學工程、能源工程的研究內容。
研究尚未明朗的部分
- 對於身邊各種形狀的透明物品實際上會造成多大程度的聚光效果，目前尚無全面性的研究。 家用製品的形狀非常多樣，據說要事先找出所有危險的形態並不容易。
- 提高太陽爐與聚光型太陽能發電聚光效率的研究，目前仍在持續進行。 研究方向是用更少的材料、實現更高的聚光性能。
- 在產品設計階段，該如何評估並防範非預期聚光造成的火災風險，相關研究與標準制定也正在推進中。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・光的折射、凸透鏡 | 鏡片集光的基本原理 |
| 高中 | 物理基礎・能量與面積 | 用公式驗證①②③的整體計算 |
| 高中＋ | 物理・鏡片與焦距 | 鏡片形狀與焦距的關係 |
| 大學 | 光學工程・能源工程 | 太陽爐、聚光型太陽能發電 |
| 研究 | 光學工程・安全工程（研究中） | 身邊聚光風險的全面調查、聚光效率的提升、產品安全標準 |
| ― | 防災・生活安全教育 | 窗邊擺設的注意事項、初期滅火的判斷、119報案的時機 |
- 消防相關機關關於鏡片狀物品引發火災（聚光火災）的注意提醒資料。
- 物理學教科書中關於凸透鏡、折射、焦點的一般性敘述。
- 光學工程專業資料中關於太陽爐、聚光型太陽能發電的一般性敘述。
- 燃燒工程一般資料中關於紙類發火點參考值的敘述。
※ 鏡片、焦點的大小與亮度等數值，是為理解機制而做的概算・假設。實際數值會因物品形狀與條件而異。
※本文為大眾科學解說。實際的用火處理與安全判斷，請依循消防等專業機構的資訊與大人的指導。文中數值為理解機制所用的概算・假設。