Для чего используется строение пламени
Для чего используется строение пламени
Исследовательские работы и проекты
Строение пламени свечи
Строение пламени свечи
В пламени любого источника света имеется накаленная полоса, тогда как в других частях теплота мало развита и почти даже незаметна. Зажгите для опыта свечу и наблюдайте за фитилем.
В пламени свечи различить отдельные полосы очень легко. Но для того, чтобы установить разницы температур в этих полосах, необходимо проделать ряд опытов, кстати сказать, совсем безопасных.
Тайна Благодатного огня с позиций науки
Аргументом в пользу того, что Благодатный огонь имеет «природное», а не божественное происхождение, служит тот факт, что похожие феномены все-таки встречаются. Конечно, их ни в коем случае нельзя ставить в один ряд с огнем в Храме Господнем. Однако имеются некоторые общие черты.
Начнем с такого признака, как внезапность, отсутствие видимой причины. Это же свойство характерно для такого явления, как самовозгорание, которое встречается не так уж и редко. Например, «Буфф-сад» в прошлом месяце писал об аномальном пожаре на улице Большой Подгорной, произошедшем минувшей весной.
Это далеко не единичный случай. И не только для Томска. Например, беспричинные пожары не редкость для Москвы. Самое удивительное, что особенно часто это случается на Садовом кольце. Причем горят не только квартиры и офисы, а даже салоны автомобилей.
Возьмем другой признак. Благодатного огня — свойство не обжигать, хотя бы первое время. Это уже похоже на так называемую холодную плазму, низкотемпературную ионизированную субстанцию. Похоже, подобная плазма существует не только в физических лабораториях.
Эксперименты с огнем
Вторым этапом моей работы я решил сравнить пламя одной свечи с пламенем в связке свечей (20 шт.) Так как приборов для измерения температуры я не имел, решил воспользоваться уже полученной информацией из Интернета и просто сравнить температуру по цвету пламени. Для того, чтобы передать визуально свои наблюдения я решил сфотографировать их на цифровую камеру.
Сравнивались пламя одной парафиновой свечи с пламенем связки из 20-ти таких же парафиновых свечей диаметром 8мм. Съемка велась цифровой камерой с включенными автоматическими функциями. Пламя связки свечей оказалось на самом деле желтым, в то время как пламя одной свечи было белым. Несмотря на это без дополнительного освещения оба пламени выглядели на цифровом снимке белыми и практически сплошными: [Приложение 2]
Для того, чтобы решить данную проблему, я решил проконсультироваться у своего знакомого, который и подсказал выход из данной ситуации.
Хотя включение подсветки не позволило передать реального желтого цвета большого пламени (видимо из-за слабости подсветки), но выявило его интересную особенность: [Приложение 3]
А именно: пламя от связки свеч оказалось как бы пустым внутри. Та область, которая в пламени одной свечи занимает лишь незначительное пространство непосредственно над фитилем, согласно фотографии составляет основной объем в пламени связки свечей. Отсюда уже можно сделать вывод о структуре и распределении температур этого пламени:
Таким образом получается, что объединение свечей в связки реально позволяет понизить температуру пламени примерно на 200°C или 15%.
Этот феномен я бы объяснил наличием большого числа фитилей внутри пламени, которое обуславливает интенсивное испарение воска, который в свою очередь вытесняет газы из зоны горения, еще прежде, чем они успевают полностью прогореть.
Заключение
Но здесь и заключается ошибка, потому что сама по себе материализация огня означает превращение его в высокотемпературную химическую реакцию, что автоматически приводит к потере свойства «нежжения». И возгорание свечей или других светильников говорит уже о том, что процесс материализации завершен.
Выполнив все поставленные мною задачи, я понял, что в действительности пламя свечей (даже на пасху) не обладает свойствами полного нежжения, однако все же искусственно возможно понизить температуру пламени, но желаемого эффекта нежжения добиться невозможно.
Для чего используется строение пламени
§ 53. Пламя
Исследуем состав каждой части пламени. Если во внутреннюю часть пламени ввести конец стеклянной трубки (рис. 38), то по ней будет выходить беловатый дымок, который можно зажечь. Это пары парафина. Итак, внутренний темный конус пламени образован парами парафина.
Рис. 38. Горение паров парафина, отведенных из внутренней части пламени
Внесем на короткое время в пламя лучинку, как показано на рисунке 39.
Рис. 39. Обугливание лучины в соответствующей части пламени
Лучинка обуглится лишь в тех местах, которые оказались во внешнем конусе. Значит, в нем температура пламени наивысшая.
Если в пламя свечи вдувать при помощи паяльной или стеклянной трубки воздух, пламя становится почти несветящимся и копоть на внесенной в него фарфоровой чашке не оседает. Это объясняется тем, что при обильном притоке воздуха частички угля быстро сгорают и не задерживаются в пламени.
Так же образуется пламя и в топках печей.
Газопламенная сварка и резка металлов
Сущность процесса газовой сварки и резки
Газовая сварка это — сварка плавлением, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки.
Газовая резка — представляет собой процесс основанный на сгорании (быстром окислении) металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся окислов.
При газопламенной сварке и резке металлов для нагрева используют газовое пламя получаемое при сгорании горючего газа в смеси с кислородом, в специальных горелках.
В качестве горючих газов применяют ацетилен, водород, природные газы, нефтяной газ, пары бензина, керосина и др. Наибольшее распространение получил ацетиле так как имеет самую высокую температуру по сравнению с пламенем других газов.
При газовой сварке кроме кромок свариваемых деталей расплавляются присадочный материал, который вводится в пламя горелки. После затвердевания жидкого металла образуется сварной шов.
К преимуществам газовой сварки относятся:
К недостаткам газовой сварки относятся:
Газовую сварку используют при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали толщиной 1-3 мм, сварке чугуна, алюминия, меди, латуни, наплавке твёрдых сплавов, исправлении дефектов. литья и др.
Виды сварочного пламени
Сварочное пламя образуется в результате сгорания горючих газов или паров горючих жидкостей в смеси с техническим кислородом. При этом пламя имеет сложную структуру и строение, которое показано ниже на рисунке. Качество газовой сварки во многом зависит от правильности регулировки пламени, которое сварщик выставляет «наглаз» по форме и цвету. Поэтому очень важно знать строение и структуру пламени газовой горелки, чтобы учитывать это в повседневной работе. Форму, цвет и структуру пламени горелки меняют соотношением ацетилена и кислорода,подаваемых в зону горения. В качестве примера рассмотрим строение ацетилен-кислородное пламя.
Составляющие ацетилен-кислородного пламени: 1-ядро; 2-восстановительная зона; 3-факел пламени
Ядро пламени имеет форму цилиндра с заостренным концом, вокруг которого расположена ярко светящаяся оболочка. Длина ядра пламени регулируется скоростью подачи газовой смеси и ее качественным составом. Диаметр ядра зависит от размеров мундштука и расхода горючей смеси.
Строение пламени меняется при изменении соотношения смеси и может быть: нормальным,науглероженным и окислительным.
Нормальный (восстановительный) вид сварочного пламени
Нормальное пламя получается, когда на один объем горючего газа подается один объем кислорода. Если в качестве горючего газа принят ацетилен, то процесс его нормального сгорания можно записать в следующем виде: С2Н2+ О2 = 2СО+ Н2.
Восстановительная зона газового пламени имеет более темный цвет и располагается в пространстве в пределах 20 мм от конца ядра. Температура пламени в этой зоне может достигать 3150°С (при сгорании ацетилена). Размер восстановительной зоны зависит от номера сварочного мундштука. При помощи этой зоны пламени нагревают метал, плавят его и ведут сварку. Остальная часть пламени, расположенная за восстановительной зоной, состоящая из углекислого газа, паров воды и азота, имеет значительно меньшую температуру.
Науглероживающий вид сварочного пламени
Науглероженное пламя получается, когда соотношение ацетилена и кислорода превышает указанное соотношение, то есть становится больше значения 1,1. Теоретически науглероженное пламя получается, когда в горелку подается 0,95 объема кислорода и менее. В этом случае ядро пламени увеличивается в объеме и теряет свои очертания. Недостаток кислорода в таком пламени приводит к неполному его сгоранию, и оно начинает коптить. Избыток ацетилена в науглероженном пламени приводит к его разложению на углерод и водород. Углерод из пламени переходит в металл, науглероживая его. Обычно науглероженное пламя применяют для сварки алюминия и наплавке твердых сплавов.
Восстановительная зона науглероженного пламени светлая и практически сливается с ядром.Температура такого пламени ниже, поэтому работать с ним более тяжело. Для перевода пламени в нормальное состояние увеличивают подачу кислорода или снижают подачу ацетилена.
Окислительный вид сварочного пламени
Окислительное пламя получается при недостатке ацетилена, то есть соотношение ацетилен :кислород становится меньше 1,1. Практически окислительное пламя получается при объеме кислорода, превышающем в 1,3 объем ацетилена. Ядро такого пламени укорачивается и заостряется, а его края становятся расплывчатыми, цвет бледнеет. Температура такого пламени выше температуры нормального. Избыточный кислород окисляет железо и примеси, находящиеся в стали, что в конечном итоге приводит к хрупкости сварочного шва, пористости его структуры, обедненной марганцем и кремнием. Поэтому при сварке сталей окислительным пламенем пользуются присадочной проволокой с повышенным содержанием этих элементов, являющихся раскислителями. Самая высокая температура нормального пламени достигается в восстановительной зоне.
Состав сварочного пламени
Примерный химический состав нормального ацетилен-кислородного пламени приведен ниже в таблице.
Нужно отметить, что ацетилен-кислородная смесь дает самую высокую температуру пламени. Изменение горючих газов несколько снижает температуру пламени и распределение ее по объему.
Химический состав нормального ацетилен-кислородного пламени
От чего зависит цвет пламени? [contact-form-7 404 «Not Found»] Поделитесь данными о стоимости ▲▼ Добавить свою цену в базу Город * Стоимость (руб) * Комментарий СодержаниеЦвет пламени и химический с
Пламя — это явление, которое вызвано свечением газообразной раскалённой среды. В некоторых случаях оно содержит твёрдые диспергированные вещества и (или) плазму, в которых происходят превращения реагентов физико-химического характера. Именно они и приводят к саморазогреву, тепловыделению и свечению. В газообразной среде пламени содержатся заряженные частицы — радикалы и ионы. Это объясняет существование электропроводности пламени и его взаимодействие с электромагнитными полями. На таком принципе построены приборы, которые могут приглушить огонь, изменить его форму или оторвать его от горючих материалов при помощи электромагнитного излучения.
Огонь и древние люди
Контролируемое использование огня для обеспечения себя теплом и светом — одно из первых великих достижений человечества. Это дало возможность древним людям освоить места с более суровым климатом, готовить пищу, защищаться от хищников и обрабатывать некоторые материалы. Доказано, что предки современных людей знали, как пользоваться огнём по меньшей мере 790 тысяч лет. Некоторые археологические данные свидетельствуют об использовании его значительно раньше:
Огонь является очень важным для человеческого развития, так как позволил нашим предкам готовить пишу и обогреваться
Многие культуры не одну тысячу лет поклонялись открытому пламени и использовали его в религиозных обрядах.
Роль важного элемента во многих церемониях огонь сохранил и до настоящих дней. Его значение для людей было настолько велико, что он стал героем мифов и основой мировоззренческих систем: Прометей похитил огонь у богов, чтобы отдать его людям; Аристотель определил его в качестве одного из четырёх природных элементов; китайские философы дали ему роль одной из пяти сущностей, из которых состоит всё живое.
Это интересно: Автомобильный кран
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.
Огонь – 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:
Цвет пламени
Химия в строении пламени играет немалую роль, ведь его различные оттенки происходят от разных химических элементов, которые находятся в горящем топливе. Например, в огне может присутствовать натрий, который входит в состав соли. Когда натрий горит, он излучает яркий желтый свет. Еще в огне может быть кальций – минерал. Например, кальция очень много в молоке. Когда кальций нагревается, он излучает темно-красный свет. А если в огне присутствует такой минерал, как фосфор, он даст зеленоватый цвет. Все эти элементы могут быть как в самом дереве, так и других материалах, попавших в огонь. В конце концов, смешивание всех этих разных цветов в пламени может образовать белый цвет – совсем как радуга цветов, собранных вместе, образует солнечный свет.
Фазы горения
По сути, деревья — концентрат энергии излучения Солнца. Листья растений работают как небольшие солнечные панели, поглощающие световую энергию, чтобы с её помощью преобразовать воду, углекислый газ и минералы в органические вещества. Горение можно рассматривать как процесс обратный фотосинтезу. Поджигание дров освобождает накопленную за время жизни растения энергию, реализуя её в виде высокой температуры огня в костре. Горение древесины проходит три фазы:
Искусство истопника или разжигателя костров состоит в знаниях и навыках, необходимых для обеспечения благоприятных условий протекания горения во всех трёх фазах: от поддержания температуры пламени костра до подачи необходимого количества кислорода.
Строение пламени свечи
Люди с незапамятных времен покланялись и будут поклонятся огню в самых разных его ипостасях. На минутку задумайтесь пламя свечи отличается от пламя костра только размером и температурой! Во всем остальном их суть и строение одинаково. Всмотритесь внимательно в пламя свечи и Вы увидите строго определенные зоны пламени. Визуально их выделяют три. Разные зоны окрашены по разному и идентичны от свечи к свече в любом уголке мира в независимости от используемого свечного материала*. Без сомнения такое строение имеет сакральный смысл!
В этой статье мы кратко и просто расскажем о известных физических свойствах пламени свечи, данная информация будет особенно полезна тем, кто хочет стать настоящих профессионалом в изготовлении свечей (см. статью ошибки в горении фитиля).
*Примечание: обычные условия, а не лабораторные условия.
С химической точки зрение горение выглядит так:
В процессе горения происходит расщепление сложных углеводородов (парафин, стеарин, воск и т.д) под действием кислорода до углекислого газа и воды. Процесс горения происходит непрерывно за счет подъема (как в капилляре) по фитилю расплавленного свечного материала с последующим его сжиганием.
Примечание: Пламя — светящаяся зона образующаяся при горении.
Пламя свечи разделено на различные светящиеся и температурные области, которые легко видны невооруженным глазом:
1 — свеча
2 — фитиль, изогнутый к краю пламени со светящимся кончиком
3 — синяя зона горения:
4 — «темная» зона горения:
5 — основная зона реакции (сжигания):
6 — светящаяся зона
Температура пламени свечи (красным выделена самая горячая область)
Примечание: считается, что самое горячее пламя на кончике свечи, это не совсем так. Самая горячая часть пламени в основной зоне реакции или чуть ниже.
Классификация пламени
Классифицируют свечение огня следующим образом.
По восприятию визуальному: цветные, прозрачные, коптящие.
В диффузном ламинарном пламени выделяют три оболочки (зоны). Внутри конуса пламени существует:
Температурный параметр пламени зависит от интенсивности подвода окислителя и природы горючего вещества. Пламя распространяется по предварительно перемешанной среде. Происходит распространение по нормали от каждой точки фронта к поверхности пламени.
По реально существующим смесям газовоздушным распространение всегда осложнено возмущающими внешними воздействиями, которые обусловлены трением, конвективными потоками, силами тяжести и прочими факторами.
Именно из-за этого реальная скорость распространения от нормальной всегда отличается. В зависимости от того, какой характер носит скорость распространения, различают такие диапазоны:
Характеристика
В основе классификации пламени лежат следующие характеристики:
Возгорание происходит в результате диффузии или при предварительном перемешивании активных компонентов.
В ламинарном диффузионном пламени можно выделить 3 зоны (оболочки).
Внутри конуса пламени имеются:
Это интересно: Биоценоз
Оранжевый цвет пламени в газовой плите
Пользователь kralex написал :
Скажем с утра горит голубым пламенем к вечеру оранжевым?
Возможно, барахлит (или не справляется с нагрузкой) оборудование ГРП (газорегуляторный пункт), и вечерком при увеличении употребления газа оно не держит на выходе требуемое давление газа.
То есть давление газа понижается при возрастании его употребления, что приводит к нехороший работе газовых устройств, ведь они рассчитаны на номинальное давлении газа, как правило, 130 мм вод. столба (1274 Па) ежели давление меньше, то может иметь место ваш вариант (низкое давление газа приводит к недостающему подсосу воздуха из-за уменьшения энергии струи газа, выходящей из форсунки и направляющейся в горелку плиты).
Пламя свечи
Пламя, которое каждый человек может наблюдать при горении свечи, спички или зажигалки, представляет из себя поток раскалённых газов, которые вытягиваются вертикально вверх, благодаря силе Архимеда. Фитиль свечи вначале нагревается и начинает испаряться парафин. Для самой нижней части характерно небольшое свечение синего цвета — там мало кислорода и много топлива. Именно из-за этого топливо не полностью сгорает и образуется оксид углерода, который при окислении на самом крае конуса пламени ему придаёт синий цвет.
За счёт диффузии в центр поступает немного больше кислорода. Там происходит последующее окисление топлива и температурный показатель растёт. Но для полного сгорания топлива этого недостаточно. Внизу и в центре содержатся частицы угля и несгоревшие капельки. Они светятся из-за сильного нагревания. А вот испарившееся топливо, а также продукты сгорания, вода и углекислый газ практически не светятся. В самом верху наибольшая концентрация кислорода. Там не догоревшие частицы, которые в центре светились, догорают. Именно по этой причине эта зона практически не светится, хотя там наиболее высокий температурный показатель.
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.
Наиболее общая причина свечения — это присутствие в пламени твёрдого вещества.
Температура
Температура пламени зависит от природы горючего вещества и интенсивности подвода окислителя. Например:
Наиболее высокие известные температуры горения:
Так как вода обладает очень большой теплоёмкостью, отсутствие водорода в горючем исключает потери тепла на образование воды и позволяет развить большую температуру.
Виды древесины
Есть несколько закономерностей, обуславливающих разницу в горении различных пород дерева. Прежде всего это наличие смол — они заметно добавляют теплотворной способности дровам. Мягкий лес горит легче из-за низкой плотности. Тяжёлые породы долго поддерживают горение.
В то время как плотность древесины существенно варьируется от вида к виду, теплотворная способность их на единицу массы практически одинакова (за исключением хвойных смолистых пород). Независимо от того, какие виды деревьев пошли на дрова, влажность — основной фактор, влияющий как на процесс горения, так и на тепловой результат.
Знание разных пород древесины позволяет получить комфортное горение с меньшим расходом дров
Перечень особенностей древесины некоторых пород:
Знание основ обращения с древесиной как топливом позволяет получить комфортное горение с меньшим расходом дров.
Важно только не забывать главное: неконтролируемое открытое пламя может быть очень опасным для живых существ. Помимо ожогов от пламени и тлеющих углей, огонь может принести несравненно больше беды разгоревшись в пожар.
Скорость распространения
Распространение пламени по предварительно перемешанной среде (невозмущенной), происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к поверхности пламени. Величина такой нормальной скорости распространения пламени (далее – НСРП) является основной характеристикой горючей среды. Она представляет собой минимальную 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 т.д. Поэтому реальные скорости распространения пламени всегда отличаются от нормальных. В зависимости от характера горения скорости распространения пламени имеют следующие диапазоны величин при: