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火焰(常见物理现象)

火焰的温度很高 散发出光和热。火焰是燃料和空气混合后迅速转变为燃烧产物化学过程中出现的可见光或其他的物理表现形式,燃烧是化学现象,同时也是一种物理现象。火焰可以给人带来许多益处,但使用不慎却亦可以害人至深。产生火焰的三个条件是有可燃物,氧化剂,温度达到着火点(但部分物质燃烧并非一定需要氧气,如活泼的金属镁可以在二氧化碳和氮气中燃烧)。

物体燃烧时所发的炽热的光华

唐柳宗元《逐毕方文》:“各有攸宅兮,时阖而开;火炎为用兮,化食生财。”

《元史顺帝纪七》:“ 大名路 有星如火,从东南流,芒尾如曳,堕地有声,火蓬勃,久之乃息。”

瞿秋白《关于俄罗斯和苏联文学的片断》:“火焰熠熠的飞涌,像火山似的。”

红色的花苞

唐白居易《题灵隐寺红辛夷花》诗:“紫粉笔含尖火焰,红燕脂染小莲花。芳情香思知多少,恼得山僧悔出家。”

鲜红的光彩

唐鲍溶 《和淮南李相公夷简喜平淄青回军之作》:“天际兽旗摇火,日前鱼甲动金文。”

激情

叶圣陶《倪焕之》十八:“难道恋爱的火焰在她心头逐渐熄灭了么?”

剧烈的斗争环境

毛泽东《关于正确处理人民内部矛盾的问题》二:“我们的党和军队是在群众中生了根的,是在长期革命火焰中锻炼出来的,是有战斗力的。” [1]

火焰正确地说是一种状态或现象,燃烧着的可燃气体,发光,发热,闪烁而向上升。

可燃液体或固体须先变成气体,才能燃烧而生成火焰。

主要由于可燃气体被空气中的或单纯的氧气氧化而发光发热。

一般分为三个部分。

内层。深蓝色火焰,因供氧不足,燃烧不完全,温度最低,有还原作用。称焰心还原焰

中层。深红或浅黄色火焰,明亮。温度比内层高。称内焰

外层。无色,因供氧充足,燃烧完全,温度最高,有氧化作用。称外焰氧化焰

或分为焰心、内焰和外焰,火焰温度由内向外依次增高。

焰心。中心的黑暗部分及蓝色部分,由能燃烧而还未燃烧的气体所组成。

内焰。包围焰心的最明亮部分,是气体未完全燃烧的部分。含着碳粒子,被烧热发出强光,并有还原作用,也称还原焰。

外焰。最外层浅黄或透明的区域,叫做反应区。是气体完全燃烧的部分。含着过量而强热的空气,有氧化作用,也称氧化焰。

火焰并非都是高温等离子态,在低温下也可以产生火焰。

火焰中心(或起始平面)到火焰外焰边界的范围内是气态可燃物或者是汽化了的可燃物,它们正在和助燃物发生剧烈或比较剧烈的氧化反应。在气态分子结合的过程中释放出不同频率的能量波,因而在介质中发出不同颜色的光。

火焰是能量的梯度场。伴随燃烧的过程,其残留物可以反射可见光,与能量密度无关。

火焰可以理解成混合了气体的固体小颗粒,因为是混合体,单纯的说成固体或者气体都不合理的。因为固体小颗粒跟空气中的氧气起反应(受到高温或者其它的影响),所以可以以光的方式释放能量。

在物质变为气态以后,如果从外界继续得到能量,到一定程度后,它的粒子又可以进一步分裂为带负电的电子和带正电的离子,即原子或分子发生了电离。电离使带电粒子浓度超过一定数量(通常大约需千分之一以上)后,气体的行为虽然仍与平常的流体相似,但中性粒子的作用开始退居到次要地位,带电粒子的作用成为主导的,整个物质表现出一系列新的性质。像这样部分或完全电离的气体,其中自由电子和正离子所带的负、正电荷量相等,而整体又呈电中性,行为受电磁场影响,称为“等离子体”。因为物质的固、液、气态都属于“聚集态”,所以从聚集态的顺序来说,也常常把“等离子态”称为物质的第四态。

等离子体现象并不少见。光彩夺目的霓虹灯,电焊时耀眼的火花,闪电、火焰等,都是等离子体发光现象的表现;地球大气上层的电离层就是等离子体形成的;跟人类关系最密切的太阳也是一个大的等离子体球。在我们的地球上,物质的等离子态算是特殊的,但在整个宇宙中,按质量估计,90-以上的物质处于等离子态,像地球这样“冷”的固体倒是罕见的。

等离子体服从气体遵循的规律,但与常态气体相比,还有一系列独特的性质。它是电和热的良导体;粒子在无规则的热运动之外还产生某些类型的“集体”运动。等离子体中带电粒子的电磁作用,有时也使等离子体本身像液体一样,在强磁场的作用下,凝集成具有清晰边界的各种形状。因此,在研究等离子体的有关问题时,常把它看成能传导电流、可以流动的连续介质,也就是把它当作导电流体。这种导电流体的行为和运动,可以用磁场加以影响或控制,也称它为“磁流体”。

蜡烛的泪状火焰是热量造成空气流上升所致。空气流在蜡烛火焰周围平稳流动,并将它聚拢成一点。本生灯的火焰形状是由空气流和燃气流共同控制的。如果本生灯在点燃之前,燃气没有同空气混合,灯的火焰就会是紊乱的,看上去像一条黄色的带子在微风中舞动。如果空气事先同燃气混合,那么火焰的温度要高得多,形状也规则得多,是带点蓝色的圆锥形。无论何种方式,火焰的形状同重力有关,尤其是这样一个事实:热空气的密度比冷空气低,因此会向上升。在失重状态下,这种“对流”的效应就不再发挥作用了,火焰的形状更像球形。

火是物质分子分裂后重组到低能分子中分离、碰撞、结合时释放的能量。火内粒子是高速运动的高温高压就是这个目的。雷击能电离,那么高速碰撞一定也能电离,不然效果不可能一样。可以认为火是电离了的气体等离子气体。这就是为什么雷殛的尸体都有烧伤的症状。

综上所述,火焰内部其实就是不停被激发而游动的气态分子。它们正在寻找“伙伴”进行反应并放出光和能量。而所放出的光,让我们看到了火焰。

火焰的本质是放热反应中反应区周边空气分子加热而高速运动,从而发光的现象。

化学反应中当反应物总能量大于生成物总能量时,一部分能量以热能形式向外扩散,称为放热反应。向外释放的热能在反应区周围积聚,加热周边的空气,使周边空气分子做高速运动,运动速度越快,温度越高。火焰按照距反应区距离由近至远分为:1、焰心,粒子运动速度低,光谱集中在红外区,温度低。2、内焰,粒子运动速度中等,光谱集中在可见光部分,亮度最高,温度较高。3、外焰,粒子运动速度最快,光谱集中在紫外区,温度最高,亮度较高。

反应区向外释放的能量从焰心至外焰逐渐升高,然后急剧下降,使火焰有较清晰的轮廓,火焰与周围空气的边界处即反应能量骤减处。

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