Wie Feuer funktioniert
Typischerweise entsteht Feuer durch eine chemische Reaktion zwischen dem Sauerstoff in der Atmosphäre und einer Art Brennstoff (z. B. Holz oder Benzin). Natürlich entzünden sich Holz und Benzin nicht spontan, nur weil sie von Sauerstoff umgeben sind. Damit die Verbrennungsreaktion stattfinden kann, muss der Brennstoff auf seine Zündtemperatur erhitzt werden.
Hier ist der Ablauf eines typischen Holzfeuers:
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Das Holz wird durch etwas auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt. Die Hitze kann von vielen verschiedenen Dingen kommen – einem Streichholz, gerichtetem Licht, Reibung, Blitz, etwas anderem, das bereits brennt…
Wenn das Holz etwa 300 Grad Fahrenheit (150 Grad Celsius) erreicht, zersetzt die Hitze einen Teil des Zellulosematerials, aus dem das Holz besteht.
Ein Teil des zersetzten Materials wird als flüchtige Gase freigesetzt. Wir kennen diese Gase als Rauch. Rauch ist eine Verbindung aus Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff. Der Rest des Materials bildet Holzkohle, die fast reiner Kohlenstoff ist, und Asche, die aus allen nicht brennbaren Mineralien des Holzes besteht (Kalzium, Kalium usw.). Die Holzkohle ist das, was Sie kaufen, wenn Sie Holzkohle kaufen. Holzkohle ist Holz, das erhitzt wurde, um fast alle flüchtigen Gase zu entfernen und den Kohlenstoff zurückzulassen. Deshalb brennt ein Holzkohlefeuer ohne Rauch.
Die eigentliche Verbrennung von Holz geschieht dann in zwei getrennten Reaktionen:
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„- Wenn die flüchtigen Gase heiß genug sind (etwa 500 Grad F (260 Grad C) für Holz), brechen die Verbindungsmoleküle auseinander, und die Atome verbinden sich wieder mit dem Sauerstoff und bilden Wasser, Kohlendioxid und andere Produkte. Mit anderen Worten, sie verbrennen.
- Der Kohlenstoff in der Holzkohle verbindet sich ebenfalls mit Sauerstoff, und diese Reaktion ist viel langsamer. Deshalb kann die Holzkohle in einem Grill sehr lange heiß bleiben.
Ein Nebeneffekt dieser chemischen Reaktionen ist eine große Hitze. Die Tatsache, dass die chemischen Reaktionen in einem Feuer viel neue Wärme erzeugen, ist das, was das Feuer aufrechterhält. Viele Brennstoffe verbrennen in einem Schritt. Benzin ist ein gutes Beispiel dafür. Durch die Hitze verdampft das Benzin, und es verbrennt als flüchtiges Gas. Es gibt keine Verkohlung. Der Mensch hat auch gelernt, den Brennstoff zu dosieren und ein Feuer zu kontrollieren. Eine Kerze ist ein Werkzeug, mit dem Wachs langsam verdampft und verbrennt.
Während sie sich erhitzt, geben die aufsteigenden Kohlenstoffatome (sowie Atome anderer Stoffe) Licht ab. Dieser „Wärme erzeugt Licht“-Effekt wird als Glühen bezeichnet und ist derselbe Effekt, der das Licht in einer Glühbirne erzeugt. Dies ist die Ursache für die sichtbare Flamme. Die Farbe der Flamme hängt davon ab, was man verbrennt und wie heiß es ist. Farbunterschiede innerhalb einer Flamme werden durch ungleichmäßige Temperaturen verursacht. Normalerweise leuchtet der heißeste Teil einer Flamme – die Basis – blau, und die kühleren Teile an der Spitze leuchten orange oder gelb.
Neben der Lichtabgabe können sich die aufsteigenden Kohlenstoffpartikel auf den umgebenden Oberflächen als Ruß ablagern.
„Das Gefährliche an den chemischen Reaktionen im Feuer ist die Tatsache, dass sie sich selbst erhalten. Die Hitze der Flamme selbst hält den Brennstoff auf der Zündtemperatur, so dass er weiterbrennt, solange Brennstoff und Sauerstoff in der Umgebung vorhanden sind. Die Flamme erhitzt den umgebenden Brennstoff, so dass auch Gase freigesetzt werden. Wenn die Flamme die Gase entzündet, breitet sich das Feuer aus.
Auf der Erde bestimmt die Schwerkraft, wie die Flamme brennt. Alle heißen Gase in der Flamme sind viel heißer (und weniger dicht) als die umgebende Luft, so dass sie sich nach oben in Richtung niedrigeren Drucks bewegen. Aus diesem Grund breitet sich das Feuer in der Regel nach oben aus, und das ist auch der Grund, warum die Flammen immer nach oben hin „spitz“ sind. Würde man ein Feuer in einer Umgebung mit geringer Schwerkraft entzünden, z. B. an Bord eines Space Shuttles, würde es eine Kugel bilden!