Jak działa ogień
Typowo, ogień pochodzi z reakcji chemicznej pomiędzy tlenem w atmosferze a jakimś paliwem (drewno lub benzyna, na przykład). Oczywiście, drewno i benzyna nie zapalają się spontanicznie tylko dlatego, że są otoczone tlenem. Aby reakcja spalania mogła zajść, trzeba podgrzać paliwo do temperatury zapłonu.
Oto sekwencja zdarzeń w typowym pożarze drewna:
Reklama
Coś podgrzewa drewno do bardzo wysokiej temperatury. Ciepło może pochodzić z wielu różnych rzeczy — zapałki, skupionego światła, tarcia, błyskawicy, czegoś innego, co już się pali…
Kiedy drewno osiągnie temperaturę około 300 stopni Fahrenheita (150 stopni Celsjusza), ciepło rozkłada część celulozy, z której zbudowane jest drewno.
Część rozłożonego materiału jest uwalniana w postaci lotnych gazów. Znamy te gazy jako dym. Dym to związki wodoru, węgla i tlenu. Reszta materiału tworzy węgiel, który jest prawie czystym węglem, i popiół, który jest wszystkimi niepalnymi minerałami w drewnie (wapń, potas, i tak dalej). Węgiel drzewny jest tym, co kupujesz, gdy kupujesz węgiel drzewny. Węgiel drzewny to drewno, które zostało podgrzane, aby usunąć prawie wszystkie lotne gazy i pozostawić węgiel. To dlatego ogień z węgla drzewnego pali się bez dymu.
Właściwe spalanie drewna odbywa się w dwóch oddzielnych reakcjach:
- Gdy lotne gazy są wystarczająco gorące (około 500 stopni F (260 stopni C) dla drewna), cząsteczki związków rozpadają się, a atomy rekombinują z tlenem, tworząc wodę, dwutlenek węgla i inne produkty. Innymi słowy, palą się.
- Węgiel w węgiel łączy się z tlenem, jak również, i to jest znacznie wolniejsza reakcja. To dlatego węgiel drzewny w grillu może pozostać gorący przez długi czas.
Skutkiem ubocznym tych reakcji chemicznych jest dużo ciepła. Fakt, że reakcje chemiczne w ogniu generują dużo nowego ciepła, jest tym, co podtrzymuje ogień. Wiele paliw spala się w jednym kroku. Dobrym przykładem jest benzyna. Ciepło powoduje odparowanie benzyny i wszystko spala się jako lotny gaz. Nie ma żadnego węgla drzewnego. Ludzie nauczyli się również jak odmierzać paliwo i kontrolować ogień. Świeca jest narzędziem do powolnego odparowywania i spalania wosku.
Jak się nagrzewają, rosnące atomy węgla (jak również atomy innych materiałów) emitują światło. Ten efekt „ciepło wytwarza światło” nazywany jest żarnikiem i jest to ten sam rodzaj rzeczy, który wytwarza światło w żarówce. To właśnie on powoduje powstawanie widocznego płomienia. Kolor płomienia zależy od tego, co się pali i jak gorące jest to paliwo. Zmienność koloru w płomieniu jest spowodowana nierówną temperaturą. Zazwyczaj najgorętsza część płomienia — podstawa — świeci na niebiesko, a chłodniejsze części na górze świecą na pomarańczowo lub żółto.
Oprócz emitowania światła, wznoszące się cząsteczki węgla mogą zbierać się na otaczających powierzchniach jako sadza.
Niebezpieczną rzeczą w reakcjach chemicznych w ogniu jest fakt, że są one samonapędzające się. Ciepło samego płomienia utrzymuje paliwo w temperaturze zapłonu, więc kontynuuje ono spalanie tak długo, jak długo wokół niego znajduje się paliwo i tlen. Płomień podgrzewa otaczające go paliwo, więc uwalnia również gazy. Kiedy płomień zapala gazy, ogień rozprzestrzenia się.
Na Ziemi grawitacja decyduje o tym, jak pali się płomień. Wszystkie gorące gazy w płomieniu są znacznie gorętsze (i mniej gęste) niż otaczające je powietrze, więc przemieszczają się w górę w kierunku niższego ciśnienia. To właśnie dlatego ogień zazwyczaj rozprzestrzenia się w górę, a także dlatego płomienie są zawsze „skierowane” ku górze. Gdybyś miał zapalić ogień w środowisku mikrograwitacji, na przykład na pokładzie promu kosmicznego, utworzyłby on kulę!