火焰

火焰

常見物理現象
火焰指火的灼熱發光的氣化部分。火焰是一種狀态或現象,燃燒着的可燃氣體,發光,發熱,閃爍而向上升。燃燒既是化學現象,也是一種物理現象。火焰可以給人帶來許多益處,但使用不慎也可産生危害。産生火焰的三個條件是有可燃物,有氧化劑,溫度達到着火點。火焰并非都是高溫等離子态,在低溫下也可以産生火焰。
    中文名:火焰 外文名:flame 适用領域: 所屬學科: 拉丁文:flamma 應用學科:能源、化學、物理 中文讀音:huǒ yàn

基本含義

可燃液體或固體須先變成氣體,才能燃燒而生成火焰。

主要由于可燃氣體被空氣中的或單純的氧氣氧化而發光發熱。

火焰組成

一般分為三個部分。

(1)内層。深藍色火焰,因供氧不足,燃燒不完全,溫度最低,有還原作用。稱焰心或還原焰。

(2)中層。深紅或淺黃色火焰,明亮。溫度比内層高。稱内焰。

(3)外層。無色,因供氧充足,燃燒完全,溫度最高,有氧化作用。稱外焰或氧化焰。

或分為焰心、内焰和外焰,火焰溫度由内向外依次增高。

(1)焰心。中心的黑暗部分及藍色部分,由能燃燒而還未燃燒的氣體所組成。

(2)内焰。包圍焰心的最明亮部分,是氣體未完全燃燒的部分。含着碳粒子,被燒熱發出強光,并有還原作用,也稱還原焰。

(3)外焰。最外層淺黃或透明的區域,叫做反應區。是氣體完全燃燒的部分。含着過量而強熱的空氣,有氧化作用,也稱氧化焰。

延伸解釋

火焰并非都是高溫等離子态,在低溫下也可以産生火焰。

火焰中心(或起始平面)到火焰外焰邊界的範圍内是氣态可燃物或者是汽化了的可燃物,它們正在和助燃物發生劇烈或比較劇烈的氧化反應。在氣态分子結合的過程中釋放出不同頻率的能量波,因而在介質中發出不同顔色的光。

火焰是能量的梯度場。伴随燃燒的過程,其殘留物可以反射可見光,與能量密度無關。

火焰可以理解成混合了氣體的固體小顆粒,因為是混合體,單純的說成固體或者氣體都不合理的。因為固體小顆粒跟空氣中的氧氣起反應(受到高溫或者其它的影響),所以可以以光的方式釋放能量。

在物質變為氣态以後,如果從外界繼續得到能量,到一定程度後,它的粒子又可以進一步分裂為帶負電的電子和帶正電的離子,即原子或分子發生了電離。電離使帶電粒子濃度超過一定數量(通常大約需千分之一以上)後,氣體的行為雖然仍與平常的流體相似,但中性粒子的作用開始退居到次要地位,帶電粒子的作用成為主導的,整個物質表現出一系列新的性質。像這樣部分或完全電離的氣體,其中自由電子和正離子所帶的負、正電荷量相等,而整體又呈電中性,行為受電磁場影響,稱為“等離子體”。因為物質的固、液、氣态都屬于“聚集态”,所以從聚集态的順序來說,也常常把“等離子态”稱為物質的第四态。

等離子體現象并不少見。光彩奪目的霓虹燈,電焊時耀眼的火花,閃電、火焰等,都是等離子體發光現象的表現;地球大氣上層的電離層就是等離子體形成的;跟人類關系最密切的太陽也是一個大的等離子體球。在我們的地球上,物質的等離子态算是特殊的,但在整個宇宙中,按質量估計,90%以上的物質處于等離子态,像地球這樣“冷”的固體倒是罕見的。

等離子體服從氣體遵循的規律,但與常态氣體相比,還有一系列獨特的性質。它是電和熱的良導體;粒子在無規則的熱運動之外還産生某些類型的“集體”運動。等離子體中帶電粒子的電磁作用,有時也使等離子體本身像液體一樣,在強磁場的作用下,凝集成具有清晰邊界的各種形狀。因此,在研究等離子體的有關問題時,常把它看成能傳導電流、可以流動的連續介質,也就是把它當作導電流體。這種導電流體的行為和運動,可以用磁場加以影響或控制,也稱它為“磁流體”。

蠟燭的淚狀火焰是熱量造成空氣流上升所緻。空氣流在蠟燭火焰周圍平穩流動,并将它聚攏成一點。本生燈的火焰形狀是由空氣流和燃氣流共同控制的。如果本生燈在點燃之前,燃氣沒有同空氣混合,燈的火焰就會是紊亂的,看上去像一條黃色的帶子在微風中舞動。如果空氣事先同燃氣混合,那麼火焰的溫度要高得多,形狀也規則得多,是帶點藍色的圓錐形。無論何種方式,火焰的形狀同重力有關,尤其是這樣一個事實:熱空氣的密度比冷空氣低,因此會向上升。在失重狀态下,這種“對流”的效應就不再發揮作用了,火焰的形狀更像球形。

火是物質分子分裂後重組到低能分子中分離、碰撞、結合時釋放的能量。火内粒子是高速運動的——高溫高壓就是這個目的。雷擊能電離,那麼高速碰撞一定也能電離,不然效果不可能一樣。可以認為火是電離了的氣體——等離子氣體。這就是為什麼雷殛的屍體都有燒傷的症狀。

綜上所述,火焰内部其實就是不停被激發而遊動的氣态分子。它們正在尋找“夥伴”進行反應并放出光和能量。而所放出的光,讓我們看到了火焰。

本質分析

火焰的本質是放熱反應中反應區周邊空氣分子加熱而高速運動,從而發光的現象。

化學反應中當反應物總能量大于生成物總能量時,一部分能量以熱能形式向外擴散,稱為放熱反應。向外釋放的熱能在反應區周圍積聚,加熱周邊的空氣,使周邊空氣分子做高速運動,運動速度越快,溫度越高。火焰按照距反應區距離由近至遠分為:1、焰心,粒子運動速度低,光譜集中在紅外區,溫度低,亮度最高。2、内焰,粒子運動速度中等,光譜集中在可見光部分,亮度最低,溫度較高。3、外焰,粒子運動速度最快,光譜集中在紫外區,溫度最高,亮度較高。

反應區向外釋放的能量從焰心至外焰逐漸升高,然後急劇下降,使火焰有較清晰的輪廓,火焰與周圍空氣的邊界處即反應能量驟減處。

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