火焰是燃料和空氣混合后迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵a(chǎn)物的化學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的可見光或其他的物理表現(xiàn)形式(有的不一定需要空氣),燃燒是化學(xué)現(xiàn)象,同時(shí)也是一種物理現(xiàn)象。
火焰并非都是高溫等離子態(tài),在低溫下也可以產(chǎn)生火焰。火焰中心(或起始平面)到火焰外焰邊界的范圍內(nèi)是氣態(tài)可燃物或者是汽化了的可燃物,它們正在和助燃物發(fā)生劇烈或比較劇烈的氧化反應(yīng)。在氣態(tài)分子結(jié)合的過(guò)程中釋放出不同頻率的能量波,因而在介質(zhì)中發(fā)出不同顏色的光。火焰是能量的梯度場(chǎng)。伴隨燃燒的過(guò)程,其殘留物可以反射可見光,與能量密度無(wú)關(guān)。
火焰可以理解成混合了氣體的固體小顆粒,因?yàn)槭腔旌象w,單純的說(shuō)成固體或者氣體都不合理的。因?yàn)楣腆w小顆粒跟空氣中的氧氣起反應(yīng)(受到高溫或者其它的影響),所以可以以光的方式釋放能量。
在物質(zhì)變?yōu)闅鈶B(tài)以后,如果從外界繼續(xù)得到能量,到一定程度后,它的粒子又可以進(jìn)一步分裂為帶負(fù)電的電子和帶正電的離子,即原子或分子發(fā)生了電離。電離使帶電粒子濃度超過(guò)一定數(shù)量(通常大約需千分之一以上)后,氣體的行為雖然仍與平常的流體相似,但中性粒子的作用開始退居到次要地位,帶電粒子的作用成為主導(dǎo)的,整個(gè)物質(zhì)表現(xiàn)出一系列新的性質(zhì)。像這樣部分或完全電離的氣體,其中自由電子和正離子所帶的負(fù)、正電荷量相等,而整體又呈電中性,行為受電磁場(chǎng)影響,稱為“等離子體”。因?yàn)槲镔|(zhì)的固、液、氣態(tài)都屬于“聚集態(tài)”,所以從聚集態(tài)的順序來(lái)說(shuō),也常常把“等離子態(tài)”稱為物質(zhì)的第四態(tài)。
蠟燭的淚狀火焰是熱量造成空氣流上升所致??諝饬髟谙灎T火焰周圍平穩(wěn)流動(dòng),并將它聚攏成一點(diǎn)。本生燈的火焰形狀是由空氣流和燃?xì)饬鞴餐刂频?。如果本生燈在點(diǎn)燃之前,燃?xì)鉀]有同空氣混合,燈的火焰就會(huì)是紊亂的,看上去像一條黃色的帶子在微風(fēng)中舞動(dòng)。如果空氣事先同燃?xì)饣旌?,那么火焰的溫度要高得多,形狀也?guī)則得多,是帶點(diǎn)藍(lán)色的圓錐形。無(wú)論何種方式,火焰的形狀同重力有關(guān),尤其是這樣一個(gè)事實(shí):熱空氣的密度比冷空氣低,因此會(huì)向上升。在失重狀態(tài)下,這種“對(duì)流”的效應(yīng)就不再發(fā)揮作用了,火焰的形狀更像球形。
火是物質(zhì)分子分裂后重組到低能分子中分離、碰撞、結(jié)合時(shí)釋放的能量?;饍?nèi)粒子是高速運(yùn)動(dòng)的——高溫高壓就是這個(gè)目的。雷擊能電離,那么高速碰撞一定也能電離,不然效果不可能一樣。可以認(rèn)為火是電離了的氣體——等離子氣體。這就是為什么雷殛的尸體都有燒傷的癥狀。
綜上所述,火焰內(nèi)部其實(shí)就是不停被激發(fā)而游動(dòng)的氣態(tài)分子。它們正在尋找“伙伴”進(jìn)行反應(yīng)并放出光和能量。而所放出的光,讓我們看到了火焰。
本質(zhì)分析
火焰的本質(zhì)是放熱反應(yīng)中反應(yīng)區(qū)周邊空氣分子加熱而高速運(yùn)動(dòng),從而發(fā)光的現(xiàn)象。
化學(xué)反應(yīng)中當(dāng)反應(yīng)物總能量大于生成物總能量時(shí),一部分能量以熱能形式向外擴(kuò)散,稱為放熱反應(yīng)。向外釋放的熱能在反應(yīng)區(qū)周圍積聚,加熱周邊的空氣,使周邊空氣分子做高速運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)速度越快,溫度越高。火焰按照距反應(yīng)區(qū)距離由近至遠(yuǎn)分為:1、焰心,粒子運(yùn)動(dòng)速度低,光譜集中在紅外區(qū),溫度低,亮度最高。2、內(nèi)焰,粒子運(yùn)動(dòng)速度中等,光譜集中在可見光部分,亮度最低,溫度較高。3、外焰,粒子運(yùn)動(dòng)速度最快,光譜集中在紫外區(qū),溫度最高,亮度較高。反應(yīng)區(qū)向外釋放的能量從焰心至外焰逐漸升高,然后急劇下降,使火焰有較清晰的輪廓,火焰與周圍空氣的邊界處即反應(yīng)能量驟減處。
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