Почему пламя светится? Чем оно является с физической точки зрения?

Спрашивает
Олег Назаренко
#горение
+3
#окисление
#свечение
#физика
22.10.2023
340 572
Простой вопрос

Чем является пламя с физической точки зрения, мы уже отвечали ранее, это уже второй ваш вопрос по теме. А вот почему оно светится — не менее интересно. Если вкратце, то всему виной спонтанное излучение.

Природу спонтанного излучения можно объяснить следующим образом. Электрон — это носитель электрического заряда и он связан с электромагнитным полем. Когда электрон ускоряется, в поле возникают колебания, которые мы и называем фотонами. В составе атома электрон ускоряется при переходе на более низкий энергетический уровень. Это происходит, когда атом расслабляется до основного состояния либо теряет лишь часть своей энергии.

Атом, взаимодействуя с другим атомом, может получить дополнительную энергию. При этом она может выражаться в переходе одного или нескольких его электронов на более высокий энергетический уровень. Такое состояние атома называется возбужденным. Ионы (положительные ионы, или катионы) — это «перевозбудившиеся» атомы, они получили так много энергии, что один из их электронов вовсе отправился в свободное плавание.

В пламени, то есть, во фронте горения, присутствует множество возбужденных атомов. Они получили энергию активации для вступления в химические реакции или несут высвободившуюся в ходе этих реакций энергию. Вне зависимости от причины возбуждения, все атомы стремятся вернуться в свое основное состояние (с наименьшей энергией). Это может происходить спонтанно, однако чаще всего случается при столкновении с другими атомами — например, воздуха или прямо в пламени. В последнем случае это могут быть либо не до конца окисленные частицы топлива, либо иные примеси, для активации которых недостаточно тепла.

И при каждом таком событии перехода на более низкий энергетический уровень излучается фотон. Его энергия (длина волны) соответствует разнице между предыдущим и новым энергетическими уровнями. Этот фотон может попасть в другой атом и возбудить его, а может улететь прочь — его мы и увидим, как свет.

В плотных телах количество взаимодействующих друг с другом атомов на единицу объема так велико, что поток излучения особенно сильный. Это называется тепловым излучением.

Тепловое излучение — электромагнитное излучение широкого спектра, испускаемое всеми телами, имеющими температуру выше абсолютного нуля. В идеальном случае, когда объект находится в термодинамическом равновесии со средой и полностью поглощает любое излучение (не способен ничего отражать), его называют излучением абсолютно черного тела. Но в реальности идеальных случаев не бывает, только приближения. Поэтому тепловое излучение подчиняется нескольким простым правилам.

Во-первых, тепловое излучение тем интенсивнее, чем выше температура. Во-вторых, тепловое излучение имеет широкий спектр, но с ростом температуры его максимум смещается в коротковолновую часть. То есть, чем горячее тело, тем ярче и «белее» оно светится. В-третьих, тело излучает лучше в той части спектра, в которой хорошо поглощает и наоборот.

Получается, что спектр излучения пламени зависит от его состава. По большей части оно невидимо — лежит в инфракрасной части спектра. Видимое излучение складывается из теряющих энергию атомов газообразных продуктов горения и теплового излучения твердых частиц в пламени. А некоторые материалы горят так интенсивно, что могут светиться в ультрафиолете (короткие волны). На этом принципе основаны некоторые приборы обнаружения реактивных двигателей ракет и самолетов на больших дистанциях.

В заключение несколько наглядных примеров:

  • Пламя свечи или керосиновой горелки ярко-желтое, потому что в нем много не до конца сгоревшего углерода (сажи), разогретого до 1200-1300 градусов. Небольшие сполохи голубого цвета у основания пламени — это окисленный водород (пар), отдающий энергию окружающему воздуху.
  • Яркое пламя может иметь и другие цвета в зависимости от примесей в нем. Зеленые, зелено-голубые фейерверки содержат медь, марганец дает желто-зеленое пламя, магний — ярко-белый, фосфор — очень яркий сине-зеленый.
  • Природный газ (метан) при избытке кислорода горит почти прозрачным голубым пламенем, потому что водород окисляется до водяного пара, а углерод — до углекислого газа. Первый излучает в голубой части спектра, второй в видимой части спектра не излучает совсем. Но если избытка кислорода не будет, то в пламени сразу появится яркий желтый компонент из-за не до конца окисленного углерода, который образует сажу и сияет от нагрева.

Предыдущий ответ можно прочитать по ссылке.

Комментарии

31 Комментариев
Vadym Andri
25.10.2023
-
-1
+
Вот это Огонь , четко , вопросов нет ☝👍
-
-1
+
Спасибо, теперь понятно как это работает)
-
1
+
Подкинул кто-то атом в сеть и вот баталии идут, а если бомбу запустить, - взорвёмся мы когда нибудь.
После слов о "расслабляющемся атоме" становится понятно, что статейку можно читать только чисто для "поржать" с чипсами под пиво))) А потом можно и комментарии почитать)))
Marina Chavushyan
24.10.2023
-
-4
+
Нет ничего более нелепого, чем попытки обьяснить природу огня с точки зрения физической науки. "Возбужденный атом", "не до конца окисленный углерод" и сажа- это еще цветочки! Дорогие ученые, иногда лучше промолчать чем выглядеть дураками
Vitali Miniukovich
24.10.2023
-
-1
+
Что за фокусник писал это? Именно "это", а не статью.... Ослиные уши притянутые к ослиной заднице....
Maksim Klimovitch
24.10.2023
-
1
+
Ещё что такое активация атома? Откуда в воздухе водород, который окисляется?
Maksim Klimovitch
24.10.2023
-
3
+
Кто то может пояснить , что такое "Атом расслабляется", "Электрон ускоряется при переходе на другой энергетический уровень"?
Алекс Кор
24.10.2023
-
1
+
Огонь это поток газа или газов, нагретого или нагретых до такого уровня, что они излучают фотоны в видимом спектре. Точнг также можно металл нагреть до сопоставимых температур, он будет светиться примерно также.
В одно окно смотрели двое. Один увидел дождь и грязь. Другой — листвы зеленой вязь, Весну и небо голубое. В одно окно смотрели двое.
-
0
+
Только ли по этому свет от фольфрамовых лампах имеет желтый цвет?? И почему в LED ламочках цвет более яркий когда как температура практический не отличается от окружающей среды?
А если пламя будет чёрным цветом,(не сажа и не коптит) , тоесть света вообще не будет, какое может объяснение?
    God Light
    24.10.2023
    -
    6
    +
    Чёрный цвет, как и любой другой, это восприятие глазом уровня преломления света, через интерпретацию сигнала мозгом. Красное пламя и красный цветок не значит, что если они одного цвета, то цветок горит, а пламя это цветок. Это значит, что мозг поставил их на одну полку своих возможностей восприятия. Чёрный цвет пламени означает, что или хватит смотреть на сварку, или мозг не в состоянии переработать информацию от зрительного нерва. Но в нормальном состоянии это будет означать, что вы кит, потому что вы монохром и для вас весь мир чёрно-белый.
    +
      ещё комментарии
    -
    0
    +
    Значит вы наблюдаете горение антиматерии. Шучу, это так не работает)
"фосфор — очень яркий сине-зеленый." — широко растиражированная Википедией ошибка. Фосфор горит белым пламенем. И лично наблюдал за горением фосфора в фосфорных пулях разных калибров, сжёг их достаточно. )) и просто посмотрите на работу фосфорных боеприпасов (фото или видео) — ни синим, ни зелёным пламенем они не горят никогда. Только белым, иногда желтоватым от примесей. Предлагаю посмотреть фото/видео и убедиться самим. Интенсивный жёлтый даёт натрий, а густо-красный — стронций.
    -
    0
    +
    Не все видели как горят фосфорные боеприпасы но многие видели зеленых орлов светящихся в темноте и зеленые стрелки часов и приборов. Не знаю какую википедию вы имели ввиду но первая попавшаяся мне статья говорит не о горении, а о хеми- и фото- люминесценции. То есть о медленном окислении или о высвобождении энергии запасенной ранее. А горит фосфор и правда белым пламенем.
    Алекс Кор
    24.10.2023
    -
    0
    +
    Чел, одно дело - смотреть спектр элемента через прибор, в котором ты видишь только спектр бо́льшего энергетического уровня, другое - видеть звезду, нагретую до дохуалиарда градусов, которая состоит из всё тех же водорода и гелия, но светит не как карлики - красным, и не как Солнце - жёлтым. Некоторые звёзды - белые, а некоторые - голубые. Металлы горят ярко, выделяя огромное количество энергии через фотоны, в том числе с нижестоящих энергетических уровней, увеличивая спектр излучения. Точно также ты можешь слегка нагреть металл, и он будет светить лишь в инфракрасном. Нагреешь сильнее - будет светить видимым красным. Ну и так далее.
А в каком виде электроны и протоны получают энергию вообще и тем более ее избыток? Как энергия выглядит?
    Илья Дзен
    23.10.2023
    -
    1
    +
    Фактически любая элементарная частица - это и есть энергия. Чем больше масса частицы, тем больше в ней энергии.
    +
      ещё комментарии
      Ну это понятно. В статье описывается состояние частиц при избытке энергии. Так в каком виде этот избыток приходит. Чтобы тереться об соседа, нужна тоже энергия, так между прочим. Это для испускания фотонов))
"Небольшие сполохи голубого цвета у основания пламени — это окисленный водород (пар), отдающий энергию окружающему воздуху." —на мой взгляд нет, это догорание угарного газа. Как над горящими углями, в которых нет водорода. Но бегают хорошо видимые голубые языки пламени. Водородное пламя (или водяной пар) в свою очередь, почти не имеет цвета. При крайней мере, оно не настолько синее, чтобы увидеть эту синеву на масштабах свечи. Взгляните на пламя главных двигателей Шаттла, или на свет из горловин его сопел — оно бесцветное, не синее.Аналогично и голубые огоньки природного метанового газа на кухне — это светит сгорающий угарный газ, через стадию которого происходит окисление атомов углерода из состава метана.
    Вся органика это углеводороды. (C-H4) везде где вы перечислили водорода в среднем в 4 раза больше чем углерода. В процессе горения и угли и метан дают СО, СО2 и пары Н2О
    +
      ещё комментарии
      Атомов водорода да, больше в четыре раза. но это по числу атомов. А по массе в этом С-Н4 водорода в три раза меньше, чем углерода, учитывая, что атомная масса углерода 12, а водорода 1. И что из этого? Голубые сполохи это горение СО до СО2, а не придуманное свечение голубым водяного пара.
Илья Дзен
22.10.2023
-
0
+
Ну вот же)
Есть что спросить?

Вы можете получить ответ на вопрос по любой теме от экспертов нашей редакции, хорошо разбирающихся в этой теме.

Задать вопрос

Похожие вопросы

Несмотря на кажущуюся внешнюю простоту, поставленный вами вопрос совсем нетривиален. Течение песка не...Читать далее

Может проломить, не сомневайтесь. Плотность пыли — ну, примем очень примерно за 50 кг/м3 (строго говоря,...Читать далее

Это классическая задача из «Занимательной физики» Якова Перельмана — в ней как раз рассматривалось движение...Читать далее

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно