Интереcно о науке

Огонь может разрушить твой дом и все имущество меньше чем за час. Мало того, он может превращать целые леса в горы пепла. Это также и страшное оружие с почти безграничной разрушительной энергией. Огонь убивает каждый год больше людей, чем какое-либо иное природное бедствие.

С другой стороны, огонь может быть необычайно полезен. Он дал человеку первый мобильный источник тепла и света в виде факела. Огонь также дал возможность готовить пищу, выплавлять металл, обжигать кирпичи и керамику. В мире есть не так много вещей, которые дали так много для человека как огонь. Однозначно, это одна из самых значимых сил в человеческой истории. Однако, что в этом обыденном явлении такого особенного?

Древние греки считали огонь одной из важнейших составляющих вселенной на ряду с водой, землей и воздухом. Эта классификация полагалась на чувственное восприятие: ты можешь чувствовать огонь , также как землю, воду и воздух. Ты также можешь видеть огонь, чувствовать его запах и переносить с места на место.

Но не все так просто. Земля, огонь и вода – это формы материи, и они состоят из миллиардов и миллиардов атомов притянутых друг к другу. Огонь имеет совершенно другую природу. Его видимость – это лишь побочный эффект процесса изменения формы материи, то есть часть химической реакции.

Рассмотрим подробно природу возникновения огня. Обычно, он появляется в результате химической реакции окисления кислородом из атмосферы некоторого типа топлива (дерево или бензин, к примеру). Естественно, топливо воспламеняется не произвольно только лишь после соприкосновения с кислородом. Для возникновения реакции окисления необходимо, чтобы топливо достигло, так называемой, температур окисления.

Для наглядности рассмотрим последовательность событий, которые происходят перед и во время возникновения горения дерева:

1. Что-либо должно сильно разогреть древесину. Источником тепла может быть что угодно: фокусированный свет, трение, удар молнии, либо уже горящее пламя.
2. Когда дерево разогревается до температуры 150 градусов, тепло отделяет некоторые из целлюлозных материалов, из которых состоит древесина.
3. Часть из этих разложившихся материалов улетучивается в виде газов, которые мы воспринимаем как дым. Он представляет собой соединение водорода, углерода и кислорода. Остальная часть, которую мы называем пеплом, представляет собой смесь древесного угля, который представляет собой практически чистый углерод, а также золы – соединение несгораемых минералов в дереве (кальций, калий и т.д.). То есть, древесный уголь – это древесина, из которой были удалены все летучие газы. Поэтому древесный уголь горит практически без дыма.
4. Таким образом, горение дерева происходит в двух различных реакциях: когда летучие газы разогреваются достаточно (примерно 260 градусов), составляющие их молекулы распадаются на составляющие, и образовавшиеся атомы, взаимодействуя с кислородом, образуют воду, двуокись углерода и ряд других продуктов. Иными словами, они горят. Углерод  из древесного угля горит гораздо медленнее, и этот процесс продолжается еще долго после того как все летучие газы уже сгорели. Одним из побочных продуктов этих реакция является выделение большого количества тепла, которое собственно и поддерживает дальнейшее горение. Не все вещества сгорают как две реакции. Большинство, видов топлива, например, бензин сгорают за один шаг
5. Рассмотрим теперь, что же такое пламя. Атомы углерода в процессе его горения увеличивают свои размеры. При этом они начинают излучать энергию, одной из форм которого является видимый свет. Таким образом, тепло и производит свет, т.е. это продукт процесса накаливания. Цвет пламени может быть разным и зависит от того какой материал сжигается и каким образом. Цвет также может изменяться внутри даже одного языка пламени, что обусловлено неравномерностью его температуры. Более жаркое пламя светиться синим цветом, а относительно холодное – оранжевым и желтым.

Опасность пламени заключается в том, что это самовоспроизводящийся процесс. Теплота уже горящего топлива разогревает еще не горящее топливо до тех пор, пока из него не начнут выделяться газы. После того как газы нагрелись они воспламеняются и процесс возобновляется и будет длиться до тех пор пока не кончиться топливо или кислород.

На Земле гравитация определяет форму и направление распространения пламени огня. Все разогретые газы в пламени гораздо жарче (и менее плотные), чем окружающий их воздух. Поэтому они двигаются вверх, в область с более низким давлением. Если бы огонь горел в космосе (например, на борту космической станции), то он распространялся бы во все стороны и имел бы форму сферы.

Размер пламени, то есть интенсивность горения зависит от того как быстро могут освобождаться газы внутри топлива. Чем быстрее они извлекаются из топлива, тем быстрее процесс может повториться, и тем быстрее будет расходоваться топлива.

Температура горения зависит от вида топлива. Например, природный газ горит при 900 градусов, а упомянутая выше древесина при 300. Очевидно, что газ будет тяжелее разжечь, но тепловая отдача от него будет гораздо выше.

Для достижения определенных свойств огня: интенсивности, температуры, тепловой отдачи и т.п. разные виды топлива могут комбинироваться друг с другом для их достижения. Так, например, был получен порох, главным требованием к которому была высокая интенсивность горения.