Температура горения свечи

Пламя и его классификация, зоны, температура и цвет

АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ

/ Энциклопедия / Термин, определение и понятие

Пламя – это газообразная среда, в которой происходит взаимодействие горючего и окислителя, выделяется тепло и развиваются высокие температуры.

Классификация

Пламя классифицируют по:

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

Зоны

В ламинарном диффузионном пламени можно выделить 3 зоны (оболочки).

Внутри конуса пламени имеются:

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

Температура

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

• Температура воспламенения для большинства твёрдых материалов – 300 °С.
• Температура пламени в горящей сигарете – 250-300 °С.
• Температура пламени спички 750-1400 °С; при этом 300 °С – температура воспламенения дерева, а температура горения дерева равняется примерно 800–1000 °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 5260 К (4990 °C) в кислороде и до 6000 К (5730 °C) в озоне;
• дициан (CN)2 4525 °C в кислороде.

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

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:

• дефлаграционном горении – до 100 м/с;
• взрывном горении – от 300 до 1000 м/с;
• детонационном горении – свыше 1000 м/с.

Цвет

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.

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).

Что мы знаем о парафиновых свечах и температуре пламени?

Всем привет!

Продолжаю и заканчиваю тему огня и свечей, начатую в недавних статьях. Сегодняшняя статья будет теоретической – как появились свечи, как они устроены и работают, что из себя представляет парафин, какая температура пламени свечи – все это будем разбирать сегодня.

Немного истории

Прежде, чем начать, хочу посоветовать тем, кто заинтересовался темой свечей и огня, почитать замечательную книгу английского ученого Майкла Фарадея «История свечи». Ее легко можно найти и бесплатно скачать в интернете. Именно на эту книгу я буду опираться в своем сегодняшнем рассказе об устройстве свечи и пламени.

Есть предположения, что впервые свечи появились в Древнем Египте. Материалом для них служили растительные и животные жиры, например, говяжье или баранье сало. Именно поэтому на Руси такие свечи называли сальными.

Фитили поначалу делали из щепок, затем стали использовать вымоченную сердцевину тростника. В том же Египте для изготовления фитиля использовали папирус, свернутый в трубочку и смоченный животным жиром.

Позже, уже в Средние века, фитили стали делать из туго скрученных или плетеных растительных волокон. Чтобы они лучше горели, их смачивали растворами селитры или хлористого аммония.

В настоящее время фитиль делают из хлопчатобумажных нитей, которые пропитывают растворами солей фосфорной и борной кислот. Это нужно для того, чтобы фитиль сгорал полностью, без остатка, без образования нагара или хотя бы с как можно меньшим его количеством.

Сами свечи внешне были совершенно далеки от нынешних – плошки с налитым в них жиром. Чуть позже появились и более-менее похожие на нынешние формы свечей – когда стали использовать обрезки того же тростника, бамбука или камыша.

В общем, кто во что горазд. Конец этому беспределу положили древние римляне, которые догадались, как использовать свойства животного жира.

Раз он очень быстро застывает, то не использовать ли его как форму, не заморачиваясь с плошками и сосудами из камыша?

Сказано – сделано. Так появились свечи, которые стали называть моканными или макаными. Для их изготовления фитиль опускали в растопленный жир и ждали, пока он застынет, покрыв фитиль тонким слоем. Затем снова опускали (макали) в растопленный жир, получая таким образом второй слой. И снова, и снова… Такая технология изготовления свечей просуществовала аж до 15-го века.

Не забываем, что до сих пор речь шла о сальных свечах. Их явным недостатком было то, что они воняли (сами знаете, какой неприятный запах издает нагретый животный жир) и нещадно чадили, покрывая все в жилище копотью.

История свечей из жира закончилась только в начале 19 века, когда французский химик Мишель Эжен Шевроль синтезировал стеарин. С его появлением закончилась эра копоти и неприятного запаха. Зато появилась проблема изготовления — технологии макания и литья не годилась из-за своей невысокой производительности.

Извечные противники французов – англичане – придумали новую технологию изготовления свечей, где свечи из формы вынимались автоматически. Благодаря этой придумке производство свечей резко увеличилось.

А когда в 1850 году был получен парафин, для огня настал настоящий праздник – все жилища осветились чистыми, непахнущими свечами. Их недостаток, правда, был в том, что парафин имеет низкую температуру плавления, и такие свечи быстро оплывали, поэтому их стали делать из смеси парафина со стеарином, получив замечательное средство для освещения жилищ.

Но это оказалось лебединой песней свечи – технологии на месте не стояли, сначала появились керосиновые лампы, а в конце 19 века – и электрические. В 1879 году Эдисон поразил мир лампой накаливания.

Чем закончилось дело, мы знаем. Электрическое освещение сейчас везде. Больше всего свечей, пожалуй, используется церковью. Также свечи остались как атрибут романтических вечеров и дань энергетикам с внезапными отключениями света.

Когда-то, года три назад, я писала небольшой рассказ, с которым участвовала в интернет-конкурсе фантастических рассказов.

Все равно это был лишь случайный, совершенно спонтанный всплеск моих литературных способностей, который затих также быстро, как и начался. Больше я даже и не пыталась ничего писать.

Чтобы рассказ не валялся просто так «в столе» (на жестком диске компьютера то есть), выкладываю его сюда, не пропадать же добру . Загляните, если интересно, он как раз частично связан со свечами.

Как «работает» свеча

Если у вас дома есть свечка, попробуйте, зажгите парафин, из которого она сделана. Я имею ввиду, не подожгите фитиль, а попробуйте поджечь сам парафин, то есть твердое вещество, «тело» свечи. Получилось?

А теперь подожгите фитиль. Парафин, соприкасающийся с ним, тает, образуя вокруг фитиля углубление, заполненное жидким парафином. А теперь наклоните свечку так, чтобы лужица жидкого парафина потекла и попала на фитиль. Что получилось?

Такой опыт мы проделывали с сыном, когда «играли с огнем», о чем я писала в двух предыдущих статьях. Жидкий парафин потушил огонь, как обычная вода. Почему так происходит?

Дело в том, что фитиль, как я уже писала выше, сделан из скрученных или плетеных нитей. Вот смотрите, я специально разобрала обычную магазинную свечу. В ней фитиль выполнен плетеной «косичкой».

Таким образом, площадь поверхности у фитиля достаточно большая. Расплавленный у основания фитиля жидкий парафин пропитывает фитиль и по его капиллярам поднимается вверх, в зону горения. Там температура достаточно высокая, парафин начинает испаряться, и вот как раз эти пары и горят.

https://www.youtube.com/watch?v=v3KGQUOCG40

Таким образом, те, кто думают, что горит фитиль, ошибаются, это горят пары парафина. Фитиль служит своеобразным транспортом, доставляющим парафин в зону горения – расплавленный от тепла парафин поднимается по капиллярам фитиля вверх и горит.

Свойства пламени

Пламя имеет форму конуса за счет того, что поднимающиеся потоки воздуха обтекают его со всех сторон. Образующиеся продукты горения – углекислый газ и вода – поднимаются вверх вместе с теплым воздухом, нагретым, от огня, образуя язычок пламени.

Потоки воздуха охлаждают внешнюю поверхность свечи, поэтому ее спокойно можно держать рукой почти без риска обжечься. Я говорю «почти», потому что плавящийся и стекающий парафин все-таки довольно горячий, температура здесь может быть в пределах 45-65 градусов.

Конечно, смертельный ожог вы не получите, но приятно тоже не будет.

Как я уже рассказывала в одной их предыдущих статей, пламя свечи состоит из трех достаточно хорошо видимых зон разного цвета. Приведу фото, взятое мной из интернета:

Во второй части температура пламени достигает 500-800 градусов. Здесь самое яркое пламя из-за того, что именно здесь происходит разложение углеводородов, образующиеся частицы чистого угля сильно накаляются и излучают свет.

Именно из-за этого образующегося угля свеча иногда может коптить – если он сгорает не полностью по каким-то причинам. Например, мало кислорода или фитиль сделан из неподходящего материала.

Тогда углерод и выпадает в виде сажи – копоти.

Самая горячая часть – верхняя.

Если помните, на уроках химии в школе учитель наверняка говорил вам во время практических и лабораторных работ, что пробирку нужно нагревать в верхней части пламени, так она быстрее нагреется.

Здесь температура 900-1500 градусов. В этой внешней части пламени полностью сгорают углеводороды с образованием углекислого газа и воды. Это пламя практически не видно, оно почти не светится.

Почему такой разброс температур, например 900-1500 градусов? Это зависит от природы сгорающего вещества, а также концентрации и скорости подвода к нему окислителя, например, кислорода воздуха или же чистого кислорода (например, в лабораторных условиях).

Не путаем!

Не будем путать воск, стеарин и парафин. Это три разных вещества.

Воск состоит из сложных эфиров жирных кислот растительного и животного происхождения.

Стеарин – это воскоподобная смесь пальмитиновой и стеариновой кислот (иногда еще есть олеиновая), содержащая примеси некоторых других насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Стеарин жирный на ощупь (отсюда и произошло название – от греческого слова stear – сало, жир), белого или желтоватого цвета, плавится при температуре 50-65 градусов.

Парафин – смесь насыщенных углеводородов, также имеет воскоподобную консистенцию, бесцветный. Он легче воды, плавится в интервале температур 45-65 градусов.

Именно из него в настоящее время готовят свечи в промышленном масштабе. Если же вы хотите сделать свечу самостоятельно, то можете найти и купить для этого в разных интернет-магазинах и воск, и стеарин, и парафин. В общем, все, что пожелаете.

О том, как сделать свечу своими руками, я сейчас рассказывать не буду. Возможно, чуть позже напишу об этом отдельную статью.

Еще немного похимичим

Какие еще эксперименты можно провести с обычной парафиновой свечкой?

Задуйте ее. Смотрите, от фитиля идет шлейф дыма с достаточно сильным запахом. Попробуйте быстро поджечь эту дымящуюся ленту. Вы увидите, как пламя побежит по ней к фитилю, и тот снова загорится.

Так происходит потому, что вот этот белый шлейф, идущий от задутой свечи, это пары парафина, которые не успели сгореть.

Вот и все на сегодня. Надеюсь, эта статья была интересна для вас.

А я немного похвастаюсь: недавно участвовала в конкурсе по вязанию домашних тапочек на блоге Ольги Смирновой и совершенно неожиданно получила приз за свой небольшой мастер-класс по вязанию тапочек-следков. Было очень приятно

Удачи! До встречи в следующей статье!

Наталья Брянцева

KidsChemistry теперь есть и в социальных сетях. Присоединяйтесь прямо сейчас! , В контакте, , ,

Пламя: строение, описание, схема, температура

В процессе горения образуется пламя, строение которого обусловлено реагирующими веществами. Его структура поделена на области в зависимости от температурных показателей.

Определение

Пламенем называют газы в раскаленном виде, в которых присутствуют составляющие плазмы или вещества в твердой дисперсной форме. В них осуществляются преобразования физического и химического типа, сопровождающиеся свечением, выделением тепловой энергии и разогревом.

Наличие же в газообразной среде ионных и радикальных частичек характеризует его электрическую проводимость и особое поведение в электромагнитном поле.

Что такое языки пламени

Обычно так называют процессы, связанные с горением. По сравнению с воздухом, газовая плотность меньше, но высокие температурные показатели обуславливают поднятие газа. Так и образуются языки пламени, которые бывают длинными и короткими. Часто происходит и плавный переход одних форм в другие.

Пламя: строение и структура

Для определения внешнего вида описываемого явления достаточно зажечь газовую горелку. Появившееся несветящееся пламя нельзя назвать однородным. Визуально можно выделить три его основные области. Кстати, изучение строения пламени показывает, что различные вещества горят с образованием различного типа факела.

При горении смеси из газа и воздуха вначале происходит формирование короткого факела, цвет которого имеет голубые и фиолетовые оттенки. В нем просматривается ядро — зелено-голубое, напоминающее конус. Рассмотрим это пламя. Строение его разделяется на три зоны:

1. Выделяют подготовительную область, в которой происходит нагревание смеси из газа и воздуха при выходе из отверстия горелки.
2. За ней следует зона, в которой происходит горение. Она занимает верхушку конуса.
3. Когда имеется недостаток воздушного потока, газ сгорает не полностью. Выделяется углерода двухвалентный оксид и водородные остатки. Их догорание протекает в третьей области, где есть кислородный доступ.

Теперь отдельно рассмотрим разные процессы горения.

Горение свечи

Горение свечи подобно горению спички или зажигалки. А строение пламени свечи напоминает раскаленный газовый поток, который вытягивается вверх за счет выталкивающих сил. Процесс начинается с нагревания фитиля, за которым следует испарение парафина.

Самую нижнюю зону, находящуюся внутри и прилегающую к нити, называют первой областью. Она обладает небольшим свечением синего цвета из-за большого количества топлива, но малого объема кислородной смеси. Здесь осуществляется процесс неполного сгорания веществ с выделением угарного газа, который в дальнейшем окисляется.

Первую зону окружает светящаяся вторая оболочка, характеризующая строение пламени свечи. В нее поступает больший кислородный объем, что обуславливает продолжение окислительной реакции с участием топливных молекул.

Температурные показатели здесь будут выше, чем в темной зоне, но недостаточные для конечного разложения.

Именно в первых двух областях при сильном нагревании капелек несгоревшего топлива и угольных частичек появляется светящийся эффект.

Вторая зона окружена слабозаметной оболочкой с высокими температурными значениями. В нее заходит много кислородных молекул, что способствует полному догоранию топливных частичек. После окисления веществ, в третьей зоне светящийся эффект не наблюдается.

Схематическое изображение

Для наглядности представляем вашему вниманию изображение горения свечи. Схема пламени включает:

1. Первую или темную область.
2. Вторую светящуюся зону.
3. Третью прозрачную оболочку.

Нить свечи не подвергается горению, а только происходит обугливание загнутого конца.

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.

Цветовая характеристика

Излучения различных цветов пламени, вызывается электронными переходами. Их еще называют тепловыми. Так, в результате горения углеводородного компонента в воздушной среде, синее пламя обусловлено выделением соединения H-C. А при излучении частичек C-C, факел окрашивается в оранжево-красный цвет.

Трудно рассмотреть строение пламени, химия которого включает соединения воды, углекислого и угарного газа, связь OH. Его языки практически бесцветны, так как вышеуказанные частички при горении выделяют излучения ультрафиолетового и инфракрасного спектра.

Окраска пламени взаимосвязана с температурными показателями, с наличием в нем ионных частиц, которые относятся к определенному эмиссионному или оптическому спектру. Так, горение некоторых элементов приводит к изменению цвета огня в горелке. Отличия в окрашивании факела связаны с расположением элементов в разных группах системы периодической.

Для наглядности используют горение натрия в качестве теста на данный металл. При внесении его в пламя, языки становятся ярко-желтыми.

На основании цветовых характеристик выделяют натриевую линию в эмиссионном спектре.

Для щелочных металлов характерно свойство быстрого возбуждения светового излучения атомарных частиц. При внесении труднолетучих соединений таких элементов в огонь горелки Бунзена происходит его окрашивание.

Спектроскопическое исследование показывает характерные линии в области, видимой для глаза человека. Быстрота возбуждения светового излучения и простое спектральное строение тесно взаимосвязаны с высокой электроположительной характеристикой данных металлов.

Характеристика

В основе классификации пламени лежат следующие характеристики:

• состояние агрегатное сгорающих соединений. Они бывают газообразной, аэродисперсной, твердой и жидкой формы;
• тип излучения, которое может быть бесцветным, светящимся и окрашенным;
• распределительная скорость. Существует быстрое и медленное распространение;
• высота пламени. Строение может быть коротким и длинным;
• характер передвижения реагирующих смесей. Выделяют пульсирующее, ламинарное, турбулентное перемещение;
• визуальное восприятие. Вещества горят с выделением коптящего, цветного или прозрачного пламени;
• температурный показатель. Пламя может быть низкотемпературным, холодным и высокотемпературным.
• состояние фазы топливо – окисляющий реагент.

Возгорание происходит в результате диффузии или при предварительном перемешивании активных компонентов.

Окислительная и восстановительная область

Процесс окисления протекает в слабозаметной зоне. Она самая горячая и располагается вверху. В ней топливные частицы подвергаются полному сгоранию.

А наличие в кислородного избытка и горючего недостатка приводит к интенсивному процессу окисления. Этой особенностью следует пользоваться при нагревании предметов над горелкой.

Именно поэтому вещество погружают в верхнюю часть пламени. Такое горение протекает намного быстрее.

Восстановительные реакции проходят в центральной и нижней части пламени. Здесь содержится большой запас горючих веществ и малое количество O2 молекул, осуществляющих горение. При внесении в эти области кислородсодержащих соединений осуществляется отщепление O элемента.

В качестве примера восстановительного пламени используют процесс расщепления железа двухвалентного сульфата. При попадании FeSO4 в центральную часть факела горелки, происходит вначале его нагревание, а затем разложение на оксид трехвалентного железа, ангидрид и двуокись серы. В данной реакции наблюдается восстановление S с зарядом от +6 до +4.

Сварочное пламя

Данный вид огня образуется в результате сгорания смеси из газа или пара жидкости с кислородом чистого воздуха.

Примером служит формирование пламени кислородно-ацетиленового. В нем выделяют:

• зону ядра;
• среднюю область восстановления;
• факельную крайнюю зону.

Так горят многие газокислородные смеси. Различия в соотношении ацетилена и окислителя приводят к разному типу пламени. Оно может быть нормального, науглероживающего (ацетиленистого) и окислительного строения.

Теоретически процесс неполного сгорания ацетилена в чистом кислороде можно охарактеризовать следующим уравнением: HCCH + O2 → H2 + CO +CO (для реакции необходима одна моль O2).

Полученный же молекулярный водород и угарный газ реагируют с воздушным кислородом. Конечными продуктами является вода и оксид четырехвалентного углерода. Уравнение выглядит так: CO + CO + H2 + 1½O2 → CO2 + CO2 +H2O.

А так как на практике трудно найти идеально чистый кислород (часто он имеет небольшое загрязнение примесями), то соотношение O2 к HCCH будет 1,10 к 1,20.

Когда значение пропорции кислорода к ацетилену меньше 1,10, возникает науглероживающее пламя. Строение его имеет увеличенное ядро, очертания его становятся расплывчатыми. Из такого огня выделяется копоть, вследствие недостатка кислородных молекул.

Если же соотношение газов больше 1,20, то получается окислительное пламя с кислородным избытком. Лишние его молекулы разрушают атомы железа и другие компоненты стальной горелки. В таком пламени ядерная часть становится короткой и имеет заострения.

Температурные показатели

Каждая зона огня свечи или горелки имеет свои значения, обусловленные поступлением кислородным молекул. Температура открытого пламени в разных его частях колеблется от 300 °C до 1600 °C.

Примером служит пламя диффузионное и ламинарное, которое образовано тремя оболочками. Конус его состоит из темного участка с температурой до 360 °C и недостатком окисляющего вещества. Над ним располагается зона свечения. Ее температурный показатель колеблется от 550 до 850 °C, что способствует разложению термическому горючей смеси и ее горению.

Внешняя область едва заметная. В ней температура пламени доходит до 1560 °C, что обусловлено природными характеристиками топливных молекул и быстротой поступления окисляющего вещества. Здесь горение наиболее энергичное.

Вещества воспламеняются при разных температурных условиях. Так, металлический магний горит только при 2210 °С. Для многих твердых веществ температура пламени около 350 °С. Возгорание спичек и керосина возможно при 800 °С, тогда как древесины – от 850 °С до 950 °С.

Сигарета горит пламенем, температура которого варьируется от 690 до 790 °С, а в пропан-бутановой смеси – от 790 °С до 1960 °С. Бензин воспламеняется при 1350 °С. Пламя горения спирта имеет температуру не более 900 °С.