Что такое огонь с научной точки зрения
Что такое огонь?
Вы сидите около костра, чувствуете его тепло, ощущаете запах древесного дыма, слышите лёгкое потрескивание. Кажется, на это пламя можно смотреть вечно. На то, как мерцают его угли и взлетают в небо яркие искры. Но задумываетесь ли вы, на что вы смотрите, что вас греет?
Что такое огонь, для детей объяснение
Огонь — это не твёрдое вещество. Это понятно даже ребёнку. Но он и не жидкий. Он стремится вверх и кажется, что больше похож на газ — разве что его можно увидеть. Но с точки зрения науки он отличается от газа, потому что тот может пребывать в своём состоянии бесконечно, а огонь рано или поздно тухнет.
Существует заблуждение, что это плазма — четвёртое состояние вещества, в котором атомы лишаются своих электронов. Она тоже, как и огонь, не имеет стабильного состояния на нашей планете. Плазма образуется только тогда, когда газ подвергается воздействию электрического поля или нагревается до температуры в тысячи и десятки тысяч градусов. Но такое топливо, как дерево и бумага, горят при температуре всего в несколько сот градусов — гораздо ниже этого порога.
Что есть огонь на самом деле?
Итак, огонь — это не твёрдое вещество, не жидкость, не газ и не плазма. Что нам вообще остаётся? Наверное, вовсе не считать огонь материей. Это наше чувственное восприятие химической реакции, которая называется горением. В каком-то смысле огонь похож на листья, меняющие цвет по осени, на запах созревающих фруктов, на мерцающий огонёк светлячка. Всё это сенсорные ощущения, говорящие нам о том, что происходит какая-то химическая реакция. Огонь отличается только тем, что задействует одновременно множество наших чувств, создавая такую гамму ощущений, которую мы ожидаем увидеть только от чего-то живого и материального.
Определение «что такое огонь» Википедия дает такое:
В физике (да и в химии тоже) горение (огонь) создаёт эту иллюзию с помощью топлива, тепла и кислорода. Когда дерево внутри костра разогревается то температуры возгорания, стенки составляющих его клеток распадаются, выпуская в воздух сахара и другие молекулы. Они, в свою очередь, вступают в реакцию с находящимся в воздухе кислородом, создавая воду и углекислый газ. В то же время, та вода, что находится в дереве, испаряясь, расширяется — она разрывает органику вокруг себя, создавая тот характерный треск в костре, камине или печи, который мы так любим.
Когда огонь набирает жар, водяные пары и углекислый газ, генерирующиеся в процессе горения, рассеиваются. Теряя плотность, они столбом поднимаются вверх. И расширение, и рассеивание, и воспарение газов — всё это вызывается силой тяжести, которая, вдобавок ко всему, придаёт огню характерную коническую форму. Без гравитации молекулы не разделяются по плотности, и огонь имеет совершенно другую форму.
Какой цвет огня самый горячий
Видим мы всё это благодаря тому, что в процессе горения генерируется световое излучение. Молекулы испускают его, когда нагреваются, и цвет его зависит от температуры элементарных частиц. Самый горячий огонь — белый или голубой. Тип молекул внутри костра также может влиять на цвет. Например, все не вступившие в реакцию атомы углерода образуют небольшие частички сажи, которые, взлетая вверх, испускают жёлто-оранжевый свет. Тот самый, что ассоциируется с костром в первую очередь. Такие вещества, как медь, хлорид кальция и хлорид калия тоже могут добавить свои характерные оттенки в гамму. Костёр — это не только свет, но и тепло. Оно поддерживает огонь, разогревая топливо до или выше температуры возгорания.
В конечном итоге, однако, любой костёр, даже самый большой и жаркий, затухает. Огонь, испустив прощальный дымок, прячется и исчезает. Как будто его и не было никогда. Что ж, такова судьба у всего, что есть в этой Вселенной…
Что такое огонь с научной точки зрения
Огонь свечи, огонь костра,
Огонь могучего пожара.
Огни – они все мастера
Ниспосланного людям дара.
Он может родиться, окрепнуть и вырасти. Может ослабнуть и умереть. Может быть трепетным и ласковым или жестоким и жадным. Он набрасывается, пожирает, поглощает. С ним можно бороться и он отступит побежденным. Он может спасти или обернуться жуткой трагедией.
Достаточно примеров. Они лишь должны напомнить, какую роль играет этот подарок природы в нашей жизни. Наш язык наделил его чертами живого существа и, наоборот, внешность и эмоции человека часто связывают со свойствами пламени.
Огонь издавна является неотъемлемой частью жизни людей. Можно ли представить наше существование без огня? Разумеется, нет. С процессами горения современный человек сталкивается ежедневно.
Цель работы: изучить процесс горения с разных точек зрения.
Изучить литературу и интернет ресурсы, связанные с темой горения;
Познакомиться с историей овладения огнем;
Найти информацию и точные инструкции по проведению опытов, связанных с процессами горения.
Горение – это первая химическая реакция, с которой познакомился человек.
По легенде огонь, замёрзшим и несчастным людям, принёс титан Прометей, не смотря на запрет Зевса. Но, скорее всего, первобытные человекоподобные особи столкнулись с огнём во время пожаров, вызванных ударами молний и извержением вулканов. Они не умели добывать его сами, но могли переносить и поддерживать его. Первые свидетельства использования людьми огня относятся к таким археологическим стоянкам древнего человека, как Чесованья в Восточной Африке, Сварткранс в Южной Африке, Чжоукоудянь и Сихоуду в Китае и Триниль, на острове Ява. Были найдены кострища, зола и древесные угли, датируемые 1,5-2 млн лет назад, обгоревшие орудия труда первобытных людей и кости млекопитающих.
Когда человек стал добывать огонь самостоятельно было доподлинно не известно до 2008 года, когда группа израильских археологов назвала относительно точную дату 790 тыс. лет назад. Такой вывод учёные сделали на основании результатов раскопок на известной раннепалеолитической стоянке Гешер-Бнот-Яаков. Согласно отчёту в журнале «Quaternary Science Reviews» они обнаружили следы применения примитивных средств для добывания огня, использовавшихся на протяжении жизни почти двенадцати поколений, заселявших данную местность. Так же выводы делались на основе более детальных исследований камней и каменных орудий, найденных здесь же ранее.
Первым способом самостоятельной добычи огня человеком было трение. Этот способ изредка используется и в наше время, например в походных условиях.
Постепенно, по мере накопления человечеством практического опыта и новых знаний об окружающем мире, на смену пришёл другой способ добывания огня, основанный на высекании искры. Он заключается в том, что при резком ударе камнем по некоторым минералам из их поверхности вылетают мельчайшие частицы, которые тут же воспламеняются и, попадая на горючий материал, поджигают его. К таким относится, например, пирит (дисульфид железа (II) – FeS2). Известны и другие минералы с таким же свойством. С течением времени этот способ был усовершенствован: огонь стали получать, высекая искры из более распространенного и доступного минерала кремния железным кресалом. Горючими веществами были трут или пережженная пакля. Для получения огня таким способом в Европе вплоть до середины XIX в. Использовалось устройство, получившее в России название «огниво».
Ещё один интересный способ использовался с древности до середины ХХ века племенами островов Суматра, Ява, Калимантан и Сулавеси: добыча огня путем резкого сжатия воздуха в специальных приспособлениях.
Огонь глазами ученого
Почему мы видим огонь? Частички горючего материала и продукты горения светятся, потому что имеют высокую температуру (обычное излучение абсолютно черного тела). Высокая температура позволяет атомам перемещаться на некоторое время в более высокие энергетические состояния, а потом, по возвращении в исходное состояние, излучать свет определённой частоты, которая соответствует структуре электронных оболочек данного элемента.
В чем разница между «огнем» и «горением»? Огонь – это быстрая форма горения, при которой выделяются и свет и тепло. Горение – сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций. Для процесса горения необходимы:
— горючее вещество (топливо);
— окислитель (чаще всего кислород);
— источник зажигания (не всегда)
Окислитель и горючее вещество вместе составляют горючую систему. Она может быть однородной и неоднородной:
Однородными являются системы, в которых горючее вещество и окислитель равномерно перемешаны друг с другом (смеси горючих газов, паров). Горение таких систем называют горением кинетическим. При определенных условиях такое горение может носить характер взрыва.
Огонь основная (свободно горящая) фаза горения, это явление физико-химическое, значит, рассматривать его только с точки зрения химии неразумно. С точки зрения физики огонь – совокупность раскалённых газов, выделившихся в результате:
произвольного или непроизвольного нагревания топлива (горючего вещества) до определённой температуры при наличии окислителя;
химической реакции (например, взрыва);
протекания электрического тока в среде (электрическая дуга, электросварка)
Процесс горения делится на определенные стадии (фазы):
1. Начальная фаза (стадия роста),
2. Свободно горящая фаза (полностью развитая стадия),
3. Тлеющая фаза (стадия распада).
В первой – начальной – фазе расход приточного кислорода увеличивается, затем начинает уменьшаться. Вырабатывается некоторое количество тепла и это количество увеличивается в процессе горения. Пламя может нагреться до температуры более 5370°C, но температура в помещении на данном этапе может быть небольшая.
Во время второй – свободно – горящей фазы богатый кислородом воздух вовлечен в пламя, так как конвекция несет высокую температуру к верхнему слою ограниченного пространства. Горячие газы распространяются сверху вниз, вынуждая более прохладный воздух искать более низкие уровни, и, в конечном счете, зажигают весь горючий материал в верхних уровнях комнаты. На данном этапе температура в верхних слоях может превысить 7000°C. Огонь продолжает потреблять свободный кислород, пока он не достигнет точки, где недостаточно кислорода, чтобы реагировать с топливом. Пламя уменьшается до тлеющей фазы и нуждается только в поступлении кислорода, чтобы быстро вспыхнуть.
Ярким примером возгорания является «фокус» древнеиндийских жрецов: в древней Индии, при совершении священных обрядов, в полумраке храмов внезапно вспыхивали и рассыпались искрами таинственные красные огни, наводившие суеверный страх на молящихся. Разумеется, могучий Будда здесь был ни при чем, зато его верные служители, жрецы, пугали и обманывали верующих с помощью бенгальских огней. Соли стронция, придававшие пламени красный цвет, смешивались с углем, серой и хлоратом калия (бертолетовой солью). В нужный момент смесь поджигалась.
Тепловое самовозгорание вещества возникает в результате самонагревания под воздействием скрытого или внешнего источника нагрева. Самовоспламенение возможно только в том случае, если количество тепла, выделяемого в процессе самоокисления, будет превышать отдачу тепла в окружающую среду.
Примером теплового самовозгорания может служить самовозгорание летучих эфирных масел в жаркую погоду. Всем известная легенда о неопалимой купине, или Моисеевом кусте, имеет вполне научное объяснение: учёные полагают, что это был кустарник диптам, выделяющий эфирные масла, которые загораются под действием солнечных лучей. В безветренную погоду вокруг куста увеличивается концентрация летучих эфирных масел, выделяемых растением, которые воспламеняются по достижении определенной температуры. Уравнение химической реакции самовоспламенения эфира:
Тепловым самовоспламенением также объясняется появление кладбищенских огоньков. При разложении органических остатков выделяется бесцветный, ядовитый газ фосфин (РН3), имеющий свойство самовозгораться на воздухе, т.е. при наличии кислорода. Если этот газ выходит из земли, с разлагающимися в ней органическими остатками, происходит самовоспламенение, образуются небольшие вспышки, которыми раньше церковники пугали суеверных людей. Такое явление можно наблюдать только в теплое время года, так как температура самовоспламенения фосфина = 38°C. Уравнение химической реакции самовоспламенения фосфина:
Самовозгорание может происходить и под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (материала, смеси).
Склонностью к микробиологическому самовозгоранию обладают горючие материалы, особенно увлажненные, служащие питательной средой для микроорганизмов, жизнедеятельность которых связана с выделением теплоты (торф, древесные опилки). При этом температура самонагревания не превышает обычных значений температуры окружающей среды и может быть отрицательной.
Поэтому большинство пожаров и взрывов происходит при хранении сельскохозяйственных продуктов (силос, увлажненное сено) в элеваторах. Наиболее часто используемый способ избежать самонагревания и самовоспламенения сена (и подобных материалов) сводится к тому, чтобы при складировании этих материалов не происходило их увлажнение.
Существует различие между процессами возгорания и самовозгорания: для того чтобы возникло возгорание, необходимо внести в горючую систему тепловой импульс, имеющий температуру, превышающую температуру самовоспламенения вещества.
военную (сигнальные ракетницы, дымовые шашки)
специализированную (киносъемочные спецэффекты, гражданские сигнальные средства)
В ходе процесса горения образуются продукты сгорания. Они могут быть жидкими, твёрдыми и газообразными. Их состав зависит от состава горящего вещества и от условий его горения. Органические и неорганические горючие вещества состоят, главным образом, из углерода, кислорода, водорода, серы, фосфора и азота. Из них углерод, водород, сера и фосфор способны окисляться при температуре горения и образовывать продукты горения: СО, CO2, SO2, P2O5. Азот при температуре горения не окисляется и выделяется в свободном состоянии, а кислород расходуется на окисление горючих элементов вещества. Все указанные продукты сгорания (за исключение угарного газа СО) гореть в дальнейшем не способны.
При неполном сгорании органических веществ в условиях низких температур и недостатка воздуха образуются более разнообразные продукты – оксид углерода(II), спирты, альдегиды, кислоты и другие сложные химические соединения. Эти продукты образуют едкий и ядовитый дым. Кроме того, продукты неполного горения сами способны гореть и образовывать с воздухом взрывчатые смеси. Такие взрывы бывают при тушении пожаров в подвалах, сушилках и в закрытых помещениях с большим количеством горючего материала.
Огонь
Содержание
Общее [ ]
Огонь — в узком смысле, совокупность раскалённых газов и плазмы, выделяющихся в результате:
Огонь является основной фазой процесса горения и имеет свойство к самораспространению по затронутым им другим горючим материалам. Хотя среди процессов горения химических веществ бывают и исключения, когда вещество сгорает без пламени. Собственная температура огня зависит от источника, вызвавшего реакцию воспламенения, от материалов, участвующих в реакции горения, и давления воздуха. Собственный цвет зависит от горящего материала и чистоты топлива (например, огонь от костра или свечи, в котором присутствует значительная доля углекислого газа, горит оранжевым цветом, относительно чистый от углерода — красным, самый чистый — голубым).
Для возникновения и существования огня требуются три компонента: топливо, которое горит, окислитель, который позволяет протекать этому процессу и температура. В качестве топлива могут выступать многие вещества (см. ниже). В роли окислителя чаще всего выступает кислород но могут выступать и другие элементы, — например хлор или фтор. Любопытно, что вода горит в атмосфере фтора бледно-фиолетовым пламенем, при этом вода является топливом, а в результате горения выделяется кислород. Иными словами без доступа окислителя тело не может загореться. Если же телу передать путём нагрева энергию, которая превзойдёт энергию межмолекулярных связей, оно распадётся на горючие составляющие. Например, при нагревании без доступа воздуха дерева, происходит его разделение сначала на древесный уголь и смолу, а затем на горючие газы – углеводороды. Третий компонент существования огня — температура, которая определяется свойствами окислителей и топлива. Например, кусочек угля в сжиженном кислороде при сверхнизкой температуре не горит, а интенсивно тлеет, но в атмосфере газообразного кислорода напротив сгорает быстро, с яркой вспышкой. Таким образом, при отсутствии любого из трёх факторов возникновение огня невозможно.
Цвет огня [ ]
Химические вещества сгорают, окрашивая огонь отдельными своими атомами или ионами, которые высвобождаются под воздействием высокой температуры.
Разнообразие цвета пламени (в скобках указано сгораемое вещество):
Интересные факты [ ]
1. Горячая вода тушит огонь гораздо быстрее, чем холодная. [ ]
Как бы ни странно это звучало, но такое необычное явление можно легко объяснить: для того, чтобы потушить костер, в зону горения не должен поступать кислород. Для этой цели люди используют воду. На самом деле огонь тушит не вода, а пар. Если остудить горящий предмет, то особого значения это не будет иметь. Вот и получается, что горячая вода затушит пламя быстрее, чем холодная. При тушении холодной водой, капли просто «проходят» сквозь огонь. Они дают слишком мало пара, потому что просто не успевают нагреваться до температуры кипени. Естественно, что не вся вода пролетает мимо. То количество, которое достигает горящего предмета, испаряется и дает определенное количество пара. Горячей же воде нет необходимости нагреваться и поэтому пара будет на много больше. Это и способствует быстрому тушению огня.
2. Огонь является результатом химической реакции. [ ]
Протекание данной реакции сопровождается выделением не только тепла, но и света. Такую химическую реакцию вызвать можно не одним способом. Самым быстрым является способ с использованием топлива. Процесс горения возникает, когда топливо смешивается с кислородом. Естественно, ничего не выйдет, если потливо не достигнет определенной температуры, а для достижения этой цели используется тепло. Не стоит забывать о том, что каждое топливо нуждается в определенной температуре, при которой оно может возгореться. Приведем пример: чтобы сжечь целое дерево одной спички будет явно недостаточно, так как кислород способен вступить в реакцию с малой его частью.
3. В пламени свечи находятся алмазы. [ ]
На всем протяжении времени горения свечи, каждую секунду возникает примерно 1,5 миллиона наночастиц алмазов. Однако, они мгновенно сгорают, превращаясь не во что иное, как в углекислый газ. Остается только надеяться, что в будущем разработают метод добычи алмазов из пламени свечи. Современная же техника пока на это не способна.
Огонь
Ого́нь — в узком смысле, совокупность раскалённых газов и плазмы, выделяющихся в результате:
Огонь является основной фазой процесса горения и имеет свойство к самораспространению по затронутым им другим горючим материалам. Собственная температура огня зависит от источника, вызвавшего реакцию воспламенения, от материалов, участвующих в реакции горения и давления воздуха.
Содержание
Цвет огня
Химические вещества сгорают, окрашивая огонь отдельными своими атомами или ионами, которые высвобождаются под воздействием высокой температуры.
Разнообразие цвета пламени (в скобках указано сгораемое вещество):
История
Способы добычи
В первобытном обществе использовали следующие способы добычи огня [2] :
Значение в быту
Из-за чрезвычайно важного значения огня различные способы его добывания изобрели ещё первобытные люди, использовавшие его для освещения, согревания, приготовления пищи, защиты от диких животных и подачи условных сигналов. Первым способом, по-видимому, стал метод получения из произвольного источника нагревания, такого как молния (хотя молнии, учитывая различные природные условия и погоду, ударяли в деревья достаточно редко). Повышающая трение, но малоэффективная палочка, вращающаяся в куске дерева, была заменена на трут, который делали из грибных наростов на дубе или ясене. В некоторых районах для разжигания огня стали использовать кремни, которые при ударе друг об друга высекали искру. Затем появилось огниво. Традиционной формой поддержания огня тогда и ныне, при прохождении курса выживания, был костёр.
Первым химическим способом получения огня стал катализ, открытый немецким химиком Дёберейнером. На основании своего открытия он создал не предназначенный для бытового употребления прибор под названием «водородное огниво», усовершенствованной разновидностью которого является так называемый аппарат Киппа.
В дальнейшем появились спички и, сначала, бензиновые, а потом — газовые зажигалки.
Значение в косметологии
Огонь также используется в парикмахерском искусстве. Он укрепляет волосы, избавляет их от ломкости, секущихся кончиков.
Стрижка огнём — это способ ухода за волосами, заключающийся в воздействии открытого огня на стержень волоса. Процедура стрижки огнём практиковалась ещё в древности. Существует мнение, что древнеегипетская царица Клеопатра укорачивала свои волосы с помощью горящих свечей. Необычный способ стрижки возродил японец Хасэгава. В 1976 г. японец начал стричь своих клиентов с помощью металлической расчески и ручной газовой горелки. [3] В России стрижка огнём стала известна благодаря парикмахеру-стилисту Ольге Курбановой. [4] [источник не указан 132 дня]
Огонь в религиозных представлениях
Наряду с водой, землёй и воздухом, огонь считается одной из четырёх стихий (первоэлементов) и в связи с этим занимал важную роль особенно в античной философии, например у Гераклита, а также в алхимии. В западной астрологии элемент огня связан с зодиакальными знаками Овна, Льва и Стрельца, его доминанты — Солнце. В китайской астрологии огонь — одна из пяти стихий и связывался с планетой Марс, энергией ци, югом, летом (6 апреля — 17 июня по григорианскому календарю), красным цветом, горьким вкусом и резким, жгучим запахом, числом 7, земными «ветвями» змеи («сы») и лошади («у»), 3-м и 4-м небесными «стволами» («бин», «дин») и в том числе соотносился с годами, оканчивающимися на 6 и 7.
У разных народов можно встретить разнообразные амулеты, связанные своим магическим смыслом с огнем. Кресаловидная привеска, «чёртовы пальцы» и прочие артефакты демонстрируют желание человека приручить Огонь и заручиться его поддержкой
Живой огонь
В России «живым» называли огонь, произведённый путем трения двух кусков дерева. В Галиции такой огонь называли «божьим». Древнейший способ добывания огня, получив религиозное значение, до сих пор удержался в народных обрядах. В горных местах Галиции пастухи, выгнав впервые весной скот в поле, разводят живой огонь и молятся при этом, читая «Отче наш» и другие молитвы. В России, местами, живой огонь требовался для домашнего очага на «осенний Новый год» (Семёнов день, 1 (14) сентября), для зажигания купальских костров, для перегона скота во время эпидемий. То же было и в Германии в старое время. У древних римлян, если огонь Весты угасал, жрецы наказывали дев оберегательниц, и для получения нового огня сверлили кусок предвещающего счастье дерева. Как культурный пережиток живой огонь сохранился у современных болгар. Поверья и обряды, связанные с живым огнём, представляются, большей частью, остатками древних культов огня, распространённых среди индоевропейских народов. [6]