Какое пламя самое горячее. Как сделать цветной огонь? Опыты для детей

Существует заблуждение, что это плазма – четвёртое состояние вещества, в котором атомы лишаются своих электронов. Она тоже, как и огонь, не имеет стабильного состояния на нашей планете.

Цвет пламени [ править | править код ]

Цвет пламени определяется излучением электронных переходов (например, тепловым излучением) различных возбужденных (как заряженных, так и незаряженных) частиц, образующихся в результате химической реакции между молекулами горючего и кислородом воздуха, а также в результате термической диссоциации. В частности, при горении углеродного горючего в воздухе, синяя часть цвета пламени обусловлена излучением частиц CN ±n , красно-оранжевая — излучением частиц С2 ±n и микрочастиц сажи. Излучение прочих образующихся в процессе горения частиц (CHx ±n , H2O ±n , HO ±n , CO2 ±n , CO ±n ) и основных газов (N2, O2, Ar) лежит в невидимой для человеческого глаза УФ и ИК части спектра. Кроме того, на окраску пламени сильно влияет присутствие в самом топливе, деталях конструкции горелок, сопел и так далее соединений различных металлов, в первую очередь натрия. В видимой части спектра излучение натрия крайне интенсивно и ответственно за оранжево-желтый цвет пламени, при этом излучение чуть менее распространенного калия оказывается на его фоне практически не различимым (поскольку большинство организмов имеют в составе клеток K+/Na+ каналы, то в углеродном горючем растительного или животного происхождения на 3 атома натрия приходится в среднем 2 атома калия).

Какой самый горячий огонь?

Какой цвет огня самый горячий

Молекулы испускают его, когда нагреваются, и цвет его зависит от температуры элементарных частиц. Самый горячий огонь — белый или голубой.

Виды пламени

Свечение огня делится на два вида:

Почти каждое свечение видимо для человеческого глаза, но не каждое способно испускать нужное количество светового потока.

Свечение пламени обуславливается следующими факторами.

  1. Температурой.
  2. Плотностью и давлением газов, которые участвуют в реакции.
  3. Наличием твёрдого вещества.

Наиболее общая причина свечения — это присутствие в пламени твёрдого вещества.

Многие газы горят слабо светящимся или несветящимся пламенем. Из них наиболее распространены сероводород (пламя голубого цвета как при горении), аммиак (бледно-жёлтое), метан, окись углерода (пламя бледно-голубого цвета), водород. Пары летучих некоторых жидкостей горят едва светящимся пламенем (спирт и сероуглерод), а пламя ацетона и эфира становится немного коптящим из-за небольшого выделения углерода.

Физика процесса

Огнём называют бурное окисление материалов в процессе необратимой экзотермической реакции с выделением энергии в виде тепла и света. Огонь возникает как результат воспламенения горючего при достаточном количестве кислорода, позволяющем поддерживать скорость окисления на уровне цепной реакции. Пламя — видимая газообразная часть огня. Над жидкостью оно возникает в результате её испарения, над твёрдым топливом благодаря выделению из него горючего газа в процессе пиролиза.

процесс горенияОгонь – бурное окисление материалов в процессе необратимой экзотермической реакции с выделением энергии в виде тепла и света

Доминирующий цвет пламени меняется с температурой открытого огня. Хорошей иллюстрацией этого явления может быть горение традиционного костра. Рядом с дровами, где происходит самая бурная реакция, огонь белый, переходящий в жёлтый. Над этой областью цвет меняется на оранжевый, маркирующий зону, в которой холоднее. Следующий, ещё более холодный участок — красный. Над ним реакция практически не происходит, а выше можно наблюдать такие несгоревшие частицы углерода как дым. Диапазон температур горения костра в соответствии с цветовой гаммой выглядит так:

  • едва заметный красный — 500°C;
  • вишнёвый тёмный — 800°C;
  • вишнёво-красный яркий —1000°C;
  • глубокий красно-оранжевый — 1100°C;
  • яркий оранжево-жёлтый — 1200°C;
  • белесовато-жёлтый — 1300°C;
  • яркий белый 1400°C;
  • ослепительно белый — 1500°C.

Температура пламени [ править | править код ]

  • Температура воспламенения для большинства твёрдых материалов — 300 °С.
  • Температура пламени в горящей сигарете — 250–300 °С. [источник не указан 710 дней
    ]
  • Температура пламени спички 750–1400 °С; при этом 300 °С — температура воспламенения дерева, а температура горения дерева равняется примерно 500–800 °С.
  • Температура горения пропан-бутана — 800–1970 °С.
  • Температура пламени керосина — 800 °С, в среде чистого кислорода — 2000 °С.
  • Температура горения бензина — 1300–1400 °С.
  • Температура пламени спирта не превышает 900 °С.
  • Температура горения магния — 2200 °С; значительная часть излучения в УФ-диапазоне.

Наиболее высокие известные температуры горения: дицианоацетилен C4N2 5’260 К (4’990 °C) в кислороде и до 6’000 К (5’730 °C) в озоне [2] ; дициан (CN)2 4’525 °C в кислороде [3] .

Так как вода обладает очень большой теплоёмкостью, отсутствие водорода в горючем исключает потери тепла на образование воды и позволяет развить бо́льшую температуру.

Классификация [ править | править код ]

Пламя классифицируют по:

  • агрегатному состоянию горючих веществ: пламя газообразных, жидких, твёрдых и аэродисперсных реагентов;
  • излучению: светящиеся, окрашенные, бесцветные;
  • состоянию среды горючее–окислитель: диффузионные, предварительно перемешанных сред (см. ниже);
  • характеру перемещения реакционной среды: ламинарные, турбулентные, пульсирующие;
  • температуре: холодные, низкотемпературные, высокотемпературные;
  • скорости распространения: медленные, быстрые;
  • высоте: короткие, длинные;
  • визуальному восприятию: коптящие, прозрачные, цветные.

Внутри конуса ламинарного диффузионного пламени

можно выделить 3 зоны (оболочки):

  1. тёмная зона (300—350 °C), где горение не происходит из-за недостатка окислителя;
  2. светящаяся зона, где происходит термическое разложение горючего и частичное его сгорание (500—800 °C);
  3. едва светящаяся зона, которая характеризуется окончательным сгоранием продуктов разложения горючего и максимальной температурой (900—1500 °C).

Температура пламени зависит от природы горючего вещества и интенсивности подвода окислителя.

Распространение пламени по предварительно перемешанной среде

(невозмущённой), происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к поверхности пламени: величина такой

нормальной скорости распространения пламени (НСРП) является основной характеристикой горючей среды. Она представляет собой минимально возможную скорость пламени. Значения НСРП отличаются у различных горючих смесей — от 0,03 до 15 м/с.

Распространение пламени по реально существующим газовоздушным смесям всегда осложнено внешними возмущающими воздействиями, обусловленными силами тяжести, конвективными потоками, трением и так далее. Поэтому реальные скорости распространения пламени всегда отличаются от нормальных. В зависимости от характера горения, скорости распространения пламени имеют следующие диапазоны величин: при дефлаграционном горении — до 100 м/с; при взрывном горении — от 300 до 1000 м/с; при детонационном горении — свыше 1000 м/с.

Окислительное пламя [ править | править код ]

Расположено в верхней, самой горячей части пламени, где горючие вещества практически полностью превращены в продукты горения. В данной области пламени избыток кислорода и недостаток топлива, поэтому помещённые в эту зону вещества интенсивно окисляются

.

Восстановительное пламя [ править | править код ]

Это часть пламени, наиболее близко расположенная к центру или чуть ниже центра пламени. В этой области пламени много топлива и мало кислорода для горения, поэтому, если внести в эту часть пламени вещество, содержащее кислород, то кислород отнимается у вещества.

Проиллюстрировать это можно на примере реакции восстановления сульфата бария BaSO4. С помощью платиновой петли забирают BaSO4 и нагревают его в восстановительной части пламени спиртовой горелки. При этом сульфат бария восстанавливается и образуется сульфид бария BaS. Поэтому пламя и называют восстановительным

.

Цвет пламени зависит от нескольких факторов. Наиболее важны: температура, наличие в пламени микрочастиц и ионов, определяющих эмиссионный спектр.

Чем отличается синий огонь от красного?

Знаменитый голубой огонек, который можно видеть при горении природного газа, обусловлен угарным газом, который и дает этот оттенок. … Красное пламя даст литий, стронций и кальций, фиолетовое – калий, желто-оранжевый оттенок выходит при сгорании натрий.

Роль бора в жизни растений

Именно от этого микроэлемента наиболее зависит количество и качество урожая. Бор для растений необходим на весь период вегетации. Наиболее в нем нуждаются двудольные растения, которые поглощают в 10 раз больше бора, чем однодольные.

Разом с кальцием бор участвует в образовании клеточных стенок. Поэтому он необходим для нормального развития молодых частей. Недостаток его при любой стадии роста неизбежно приводит к заболеванию.

Влияние бора на растения заключается в том, что:

  1. Он ускоряет образование, передвижение и обмен углеводов из листьев в корни.
  2. Улучшает фотосинтез, увеличивает содержание хлорофилла.
  3. Положительно влияет на усвоение кальция.
  4. Способствует увеличению количества цветков, плодов, без него не прорастает пыльца.
  5. Повышает устойчивость к бактериальным, грибковым заболеваниям.
  6. Улучшает рост листьев, корней, почек. Повышает усвоение полезных веществ.

Недостаток бора у растений

Признаки недостатка бора похожие, как у кальция. При небольшой его нехватке, растения могут выглядеть здоровыми. Но они не будут давать плодов и цвести.

Сначала проблема проявляется на молодых побегах и листьях. При этом:

  • поражается и отмирает верхняя часть побега, т.н. точка роста;
  • растут мелкие листья, скручиваются и рано опадают;
  • останавливается развитие верхних почек, постепенно они отмирают;
  • искривляется стебель;
  • из-за роста боковых побегов растение становится похожим на куст;
  • опадают цветки или вообще отсутствуют соцветия;
  • плоды не завязываются или имеют уродливую форму.

Пламя в условиях невесомости [ править | править код ]

В условиях, когда ускорение свободного падения компенсируется центробежной силой, например, при полёте по орбите земли, горение вещества выглядит несколько иначе. Поскольку ускорение свободного падения компенсировано, сила Архимеда практически отсутствует. Таким образом, в условиях невесомости горение веществ происходит у самой поверхности вещества (пламя не вытягивается), а сгорание более полное. Продукты горения постепенно равномерно распространяются в среде. Это весьма опасно для систем вентилирования. Также серьёзную опасность представляют пудры, поэтому в космосе порошкообразные материалы не применяются нигде, кроме специальных опытов именно с порошками.

В струе воздуха пламя вытягивается и принимает привычный облик. Пламя газовых горелок благодаря давлению газа в условиях невесомости внешне также не отличается от горения в земных условиях.

Измерение спектра пламени костра

Были проведены классические эксперименты — измерены спектры Солнца, лазеров, пламени газовой горелки и всевозможных ламп. Спектрометр прошел проверку и теперь можно было приступать к исследованию пламени костра.

Исследуемое пламя костра в камине
Исследуемое пламя костра в камине

Я разжигал костер в камине и проводил исследования, фиксируя спектр пламени
Я разжигал костер в камине и проводил исследования, фиксируя спектр пламени

Измерим спектр линии огня — так я назвал увиденную линию.

На фоне очень слабого непрерывного черно-тельного спектра были зарегистрированы две яркие желтые лини с длинами волн 589,0 нм и 589,6 нм. Согласно базе данных NIST — это линии натрия.

Спектры калибровочной лампы, костра в камине, поваренной соли и золы из камина
Спектры калибровочной лампы, костра в камине, поваренной соли и золы из камина

Ниже на фотографии показана часть спектра пламени костра с большим увеличением, чтобы можно было рассмотреть двойную линию натрия 589,0 нм и 589,6 нм на фоне непрерывного спектра раскаленных частиц углерода:

Крупным планом спектральные линии натрия в костре и линии натрия в золе, горящей в спирте.
Крупным планом спектральные линии натрия в костре и линии натрия в золе, горящей в спирте.

В дальнейших исследованиях была зафиксирована динамика появления линий натрия в спектре. Пока костер разгорается — в спектре линии отсутствуют. По мере появления углей и увеличения мощности излучения, данные линии появляются и их яркость растет.

Горение спиртовки

Для химических экспериментов часто используют небольшие резервуары со спиртом. Их называют спиртовками. Фитиль горелки пропитывается залитым через отверстие жидким топливом. Этому способствует давление капиллярное. При достижении свободной верхушки фитиля, спирт начинает испаряться. В парообразном состоянии он поджигается и горит при температуре не более 900 °C.

Пламя спиртовки имеет обычную форму, оно практически бесцветное, с небольшим оттенком голубого. Его зоны не так четко видны, как у свечки.

У спиртовой горелки, названной в честь ученого Бартеля, начало огня располагается над калильной сеткой горелки. Такое заглубление пламени приводит к уменьшению внутреннего темного конуса, а из отверстия выходит средний участок, который считается самым горячим.

пламя спиртовки

Интересное видео о цвете пламени

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Пламя в невесомости

  • Пламя в невесомости

Что такое пламя и почему огонь бывает разного цвета

Языки пламени представлены в виде раскаленных газов, иногда содержащих плазму и твердые элементы, в которых совершаются физико-химические перевоплощения реагентных элементов, вызывающие свечение, выделение тепла, самостоятельный нагрев.

Газообразная среда пламени состоит из заряженных ионов и радикалов, что объясняет возможность электропроводности пламени и его взаимодействие с электромагнитными полями. По такому принципу производятся приборы, обладающие способностью при помощи электромагнитного излучения приглушать пламя, оторвать его от горючих материалов и даже изменить форму.

Пламя восстановительное

Эта часть наиболее близка к центру или находится чуть ниже его. Здесь мало кислорода для горения и много топлива. Если в эту область внести вещество, в котором имеется кислород, то он отнимется у вещества.

От чего зависит цвет пламени

Нечто подобное происходит и с пламенем. Возьмем для примера свечу. Различные участки пламени свечи имеют разную температуру. Огню нужен кислород. Если свечу накрыть стеклянной банкой, огонь погаснет. Центральный, прилегающий к фитилю участок пламени свечи, потребляет мало кислорода, и выглядит темным. Верхушке и боковым участкам пламени достается больше кислорода, поэтому эти участки ярче.

По мере того как пламя продвигается по фитилю, воск тает и потрескивает, рассыпаясь на мельчайшие частички углерода. (Каменный уголь тоже состоит из углерода.) Эти частички увлекаются пламенем кверху и сгорают. Они очень горячие и светятся, как спираль вашей плитки. Но частички углерода намного горячее, чем спираль самой жаркой плитки (температура сгорания углерода примерно 1 400 градусов Цельсия). Поэтому свечение их имеет желтый цвет. Около горящего фитиля пламя еще горячее и светится синим цветом.

Пламя камина или костра в основном пестрого вида. Дерево горит при более низкой температуре, чем фитиль свечи, поэтому основной цвет костра — оранжевый, а не желтый. Некоторые частички углерода в пламени костра имеют довольно высокую температуру. Их немного, но они добавляют пламени желтоватый оттенок. Остывшие частички раскаленного углерода — это копоть, которая оседает на печных трубах. Температура горения дерева ниже температуры горения свечи. Кальций, натрий и медь, нагретые до высокой температуры, светятся разными цветами. Их добавляют в порох ракет для расцвечивания огней праздничных фейерверков.

Литература

Тидеман Б. Г., Сциборский Д. Б. Химия горения. — Л., 1935.

Почему на газовой плите оранжевое пламя?

Причины появления оранжевого цвета пламени

Отверстия конфорки, через которые всасывается воздух, забились жировыми отложениями, пылью и частичками пищи. Особенно часто такое случается в первый год эксплуатации плиты. На новых конфорках и горелках находится масляная пленка, оставшаяся после штамповки.

Примечания

  1. Журнал «Популярная механика» Выпуск 106 август 2011. стр. 18

Секреты сумасшедшего профессора Николя Цветное пламя

Фото упаковки — сбоку. Набор для экспериментов.

Серия химических опытов с профессором Николя.

Цветное пламя — состав набора.

Обратная сторона упаковки — как добиться цветного пламени.

Весь состав набора — чашки (глиняная и стеклянная, потом и для других опытов пригодятся), проволока, реактивы.

Рядом с куклой ростом 18 см для размера.

Химические реактивы для опыта Цветное пламя — на каждой коробочке подписано, что это такое.

Опыты нам понравились очень, интересная штука, плюс побуждает покопаться в справочниках — тоже полезно.

Что такое огонь, для детей объяснение

Огонь — это не твёрдое вещество. Это понятно даже ребёнку. Но он и не жидкий. Он стремится вверх и кажется, что больше похож на газ — разве что его можно увидеть. Но с точки зрения науки он отличается от газа, потому что тот может пребывать в своём состоянии бесконечно, а огонь рано или поздно тухнет.

Существует заблуждение, что это плазма — четвёртое состояние вещества, в котором атомы лишаются своих электронов. Она тоже, как и огонь, не имеет стабильного состояния на нашей планете. Плазма образуется только тогда, когда газ подвергается воздействию электрического поля или нагревается до температуры в тысячи и десятки тысяч градусов. Но такое топливо, как дерево и бумага, горят при температуре всего в несколько сот градусов — гораздо ниже этого порога.

Что такое огонь

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...