火焰(常见物理现象)
火焰指火的灼热发光的气化部分。火焰是一种状态或现象,燃烧着的可燃气体,发光,发热,闪烁而向上升。燃烧既是化学现象,也是一种物理现象。火焰可以给人带来许多益处,但使用不慎也可产生危害。产生火焰的三个条件是有可燃物,有氧化剂,温度达到着火点。火焰并非都是高温等离子态,在低温下也可以产生火焰。
中文名火焰
flame
flamma
能源、化学、物理
huǒ yàn
火焰组成
一般分为三个部分。
(1)内层。深蓝色火焰,因供氧不足,燃烧不完全,温度最低,有还原作用。称焰心或还原焰。
(2)中层。深红或浅黄色火焰,明亮。温度比内层高。称内焰。
(3)外层。无色,因供氧充足,燃烧完全,温度最高,有氧化作用。称外焰或氧化焰。
或分为焰心、内焰和外焰,火焰温度由内向外依次增高。
(1)焰心。中心的黑暗部分及蓝色部分,由能燃烧而还未燃烧的气体所组成。
(2)内焰。包围焰心的最明亮部分,是气体未完全燃烧的部分。含着碳粒子,被烧热发出强光,并有还原作用,也称还原焰。
(3)外焰。最外层浅黄或透明的区域,叫做反应区。是气体完全燃烧的部分。含着过量而强热的空气,有氧化作用,也称氧化焰。[1]
延伸解释
火焰并非都是高温等离子态,在低温下也可以产生火焰。
火焰中心(或起始平面)到火焰外焰边界的范围内是气态可燃物或者是汽化了的可燃物,它们正在和助燃物发生剧烈或比较剧烈的氧化反应。在气态分子结合的过程中释放出不同频率的能量波,因而在介质中发出不同颜色的光。
火焰是能量的梯度场。伴随燃烧的过程,其残留物可以反射可见光,与能量密度无关。
火焰可以理解成混合了气体的固体小颗粒,因为是混合体,单纯的说成固体或者气体都不合理的。因为固体小颗粒跟空气中的氧气起反应(受到高温或者其它的影响),所以可以以光的方式释放能量。
在物质变为气态以后,如果从外界继续得到能量,到一定程度后,它的粒子又可以进一步分裂为带负电的电子和带正电的离子,即原子或分子发生了电离。电离使带电粒子浓度超过一定数量(通常大约需千分之一以上)后,气体的行为虽然仍与平常的流体相似,但中性粒子的作用开始退居到次要地位,带电粒子的作用成为主导的,整个物质表现出一系列新的性质。像这样部分或完全电离的气体,其中自由电子和正离子所带的负、正电荷量相等,而整体又呈电中性,行为受电磁场影响,称为“等离子体”。因为物质的固、液、气态都属于“聚集态”,所以从聚集态的顺序来说,也常常把“等离子态”称为物质的第四态。
等离子体现象并不少见。光彩夺目的霓虹灯,电焊时耀眼的火花,闪电、火焰等,都是等离子体发光现象的表现;地球大气上层的电离层就是等离子体形成的;跟人类关系最密切的太阳也是一个大的等离子体球。在我们的地球上,物质的等离子态算是特殊的,但在整个宇宙中,按质量估计,90%以上的物质处于等离子态,像地球这样“冷”的固体倒是罕见的。
等离子体服从气体遵循的规律,但与常态气体相比,还有一系列独特的性质。它是电和热的良导体;粒子在无规则的热运动之外还产生某些类型的“集体”运动。等离子体中带电粒子的电磁作用,有时也使等离子体本身像液体一样,在强磁场的作用下,凝集成具有清晰边界的各种形状。因此,在研究等离子体的有关问题时,常把它看成能传导电流、可以流动的连续介质,也就是把它当作导电流体。这种导电流体的行为和运动,可以用磁场加以影响或控制,也称它为“磁流体”。
蜡烛的泪状火焰是热量造成空气流上升所致。空气流在蜡烛火焰周围平稳流动,并将它聚拢成一点。本生灯的火焰形状是由空气流和燃气流共同控制的。如果本生灯在点燃之前,燃气没有同空气混合,灯的火焰就会是紊乱的,看上去像一条黄色的带子在微风中舞动。如果空气事先同燃气混合,那么火焰的温度要高得多,形状也规则得多,是带点蓝色的圆锥形。无论何种方式,火焰的形状同重力有关,尤其是这样一个事实:热空气的密度比冷空气低,因此会向上升。在失重状态下,这种“对流”的效应就不再发挥作用了,火焰的形状更像球形。
火是物质分子分裂后重组到低能分子中分离、碰撞、结合时释放的能量。火内粒子是高速运动的——高温高压就是这个目的。雷击能电离,那么高速碰撞一定也能电离,不然效果不可能一样。可以认为火是电离了的气体——等离子气体。这就是为什么雷殛的尸体都有烧伤的症状。
综上所述,火焰内部其实就是不停被激发而游动的气态分子。它们正在寻找“伙伴”进行反应并放出光和能量。而所放出的光,让我们看到了火焰。
本质分析
火焰的本质是放热反应中反应区周边空气分子加热而高速运动,从而发光的现象。
化学反应中当反应物总能量大于生成物总能量时,一部分能量以热能形式向外扩散,称为放热反应。向外释放的热能在反应区周围积聚,加热周边的空气,使周边空气分子做高速运动,运动速度越快,温度越高。火焰按照距反应区距离由近至远分为:1、焰心,粒子运动速度低,光谱集中在红外区,温度低,亮度最高。2、内焰,粒子运动速度中等,光谱集中在可见光部分,亮度最低,温度较高。3、外焰,粒子运动速度最快,光谱集中在紫外区,温度最高,亮度较高。
反应区向外释放的能量从焰心至外焰逐渐升高,然后急剧下降,使火焰有较清晰的轮廓,火焰与周围空气的边界处即反应能量骤减处。
参考资料1.火焰是等离子体吗·高三网