Šta bi moglo izazvati požar? Šta je vatra i zašto gori? Oksidativno i redukciono područje

Dom

Vinyl

Tekst rada je objavljen bez slika i formula.
Puna verzija rada dostupna je na kartici "Radni fajlovi" u PDF formatu

Vatra svijeća, vatra vatre,

Vatra moćne vatre.

Svjetla - svi su majstori

Poklon poslat ljudima.

Uvod

Može se roditi, ojačati i rasti. Može oslabiti i umrijeti. Može biti pun poštovanja i privrženosti ili okrutan i pohlepan. Napada, proždire, proždire. Možete se boriti protiv njega i on će se povući poražen. Može vas spasiti ili se pretvoriti u strašnu tragediju.

"Vatra!" - ovo je i vapaj nade za izgubljene i stroga zapovest koja donosi smrt neprijateljima.

Vatrena kosa, goruće oči, cvrčavi pogled. Bljesak ljutnje, prasak smijeha. Igrajte se vatrom, zapalite se mislima, sijajte od entuzijazma, gorite od strasti. „Mala iskra će roditi veliki plamen“, „Vatra i voda će sve uništiti“, „U vatri se gvožđe topi“, „Vatra je čovekov prijatelj i neprijatelj“.

Dosta primera. Samo treba da nas podsjete kakvu ulogu ovaj dar prirode igra u našim životima. Naš jezik ga je obdario obilježjima živog bića i, obrnuto, izgled i emocije osobe često se povezuju sa svojstvima plamena.

Vatra je dugo bila sastavni dio života ljudi. Da li je moguće zamisliti naše postojanje bez vatre? Naravno da ne. Savremeni čovjek se svakodnevno susreće s procesima sagorijevanja.

Svrha rada: proučavanje procesa sagorijevanja sa različitih stajališta.

Studijska literatura i Internet resursi vezani za temu sagorijevanja;

Upoznajte se sa istorijom ovladavanja vatrom;

Pronađite informacije i precizna uputstva za izvođenje eksperimenata vezanih za procese sagorevanja.

Malo istorije

Sagorevanje- Ovo je prva hemijska reakcija sa kojom se čovek upoznao.

Prema legendi, vatru je smrznutim i nesretnim ljudima doneo titan Prometej, uprkos Zevsovoj zabrani. Ali, najvjerovatnije, primitivni humanoidni pojedinci su naišli na vatru tokom požara uzrokovanih udarima groma i vulkanskim erupcijama. Nisu znali kako da ga sami izvuku, ali su ga mogli nositi i održavati. Prvi dokazi o ljudskoj upotrebi vatre potiču iz arheoloških nalazišta drevnog čovjeka kao što su Chesowanya u istočnoj Africi, Swartkrans u Južnoj Africi, Zhoukoudian i Xihoudu u Kini i Trinil na ostrvu Java. Pronađene su ložišta, pepeo i ćumur koji datiraju od prije 1,5-2 miliona godina, izgorjelo oruđe primitivnih ljudi i kosti sisara.

Kada su ljudi počeli sami da prave vatru nije se sa sigurnošću znalo sve do 2008. godine, kada je grupa izraelskih arheologa navela relativno precizan datum od pre 790 hiljada godina. Naučnici su do ovog zaključka došli na osnovu rezultata iskopavanja na poznatom ranopaleolitskom lokalitetu Gesher Bnot Yaakov. Prema izvještaju u časopisu Quaternary Science Reviews, pronašli su tragove primitivnih tehnika paljenja vatre korištenih u gotovo dvanaest generacija koje su naseljavale to područje. Zaključci su doneseni i na osnovu detaljnijih proučavanja kamenja i kamenog oruđa pronađenog ranije.

Prvi način na koji su ljudi mogli samostalno proizvesti vatru bilo je trenje. Ova metoda se povremeno koristi u naše vrijeme, na primjer, u uvjetima kampiranja.

Postepeno, kako je čovječanstvo gomilalo praktično iskustvo i nova saznanja o svijetu oko nas, drugi način paljenja vatre, zasnovan na paljenju iskre, došao je da ga zamijeni. Leži u tome da kada kamen oštro udari u određene minerale, s njihove površine izlete sitne čestice koje se odmah zapale i, pavši na zapaljivi materijal, zapale ga. To uključuje, na primjer, pirit (gvožđe (II) disulfid - FeS 2). Poznati su i drugi minerali sa istim svojstvima. Vremenom je ovaj metod poboljšan: vatra je počela da se proizvodi iskre iz uobičajenijeg i pristupačnijeg minerala silicijuma gvozdenom šipkom. Zapaljive materije bile su tinder ili spaljena kudelja. Da bi se vatra na ovaj način dobila u Evropi sve do sredine 19. veka. Uređaj koji se koristi zvao se u Rusiji "kremen".

Još jedan zanimljiv metod koristili su od davnina do sredine dvadesetog veka plemena ostrva Sumatra, Java, Kalimantan i Sulawesi: paljenje vatre oštrim sabijanjem vazduha u posebnim uređajima.

Danas se ljudi stalno suočavaju sa procesima sagorevanja. To može biti sagorijevanje plina u plinskoj peći, mikroeksplozije goriva u dizel motorima automobila, sistemi grijanja u privatnim kućama ili rad termoelektrane, itd. U vojnom sektoru vatra znači pucanje iz vatrenog oružja.

Vatra kroz oči naučnika

Šta je vatra? Sa hemijske tačke gledišta, ovo je zona u kojoj se dešava egzotermna reakcija oksidacije, ponekad praćena pirolizom (termičkom razgradnjom organskih i mnogih neorganskih jedinjenja). Sa stanovišta fizike, to je emisija svjetlosti zagrijanih supstanci iz zone takve reakcije.

Zašto vidimo vatru? Čestice zapaljivog materijala i produkti sagorevanja sijaju jer imaju visoku temperaturu (uobičajeno zračenje crnog tela). Visoka temperatura omogućava atomima da se neko vrijeme pomaknu u viša energetska stanja, a zatim, po povratku u prvobitno stanje, emituju svjetlost određene frekvencije, koja odgovara strukturi elektronskih ljuski datog elementa.

Koja je razlika između "vatre" i "gorenja"? Vatra je brz oblik sagorijevanja koji oslobađa i svjetlost i toplinu. Sagorevanje- složeni fizičko-hemijski proces pretvaranja polaznih supstanci u produkte sagorevanja tokom egzotermnih reakcija. Za proces sagorevanja potrebno je:

Zapaljiva tvar (gorivo);

Oksidant (najčešće kiseonik);

Izvor paljenja (ne uvijek)

Oksidator i zapaljiva supstanca zajedno čine zapaljivi sistem. Može biti homogena i heterogena:

Homogene su sistemi u kojima se zapaljiva tvar i oksidant ravnomjerno miješaju jedni s drugima (mješavine zapaljivih plinova, para). Sagorevanje takvih sistema naziva se kinetičko sagorevanje. Pod određenim uslovima takvo sagorevanje može imati karakter eksplozije.

Heterogena- sistemi u kojima se zapaljiva supstanca i vazduh ne mešaju jedni s drugima i imaju interfejs (čvrsti zapaljivi materijali i neatomizovane tečnosti). Tokom sagorevanja nehomogenih zapaljivih sistema, kiseonik iz vazduha prodire kroz produkte sagorevanja do zapaljive supstance i reaguje sa njom. Ova vrsta sagorijevanja naziva se difuzijsko sagorijevanje. Kiseonik, hlor, fluor, brom i druge supstance mogu delovati kao oksidaciono sredstvo.

Vatra je glavna (slobodno sagorevanje) faza sagorevanja, ovo je fizičko-hemijski fenomen, što znači da je nerazumno posmatrati samo sa stanovišta hemije. Sa stanovišta fizike vatre- skup vrućih plinova koji se oslobađaju kao rezultat:

proizvoljno ili nehotično zagrijavanje goriva (zapaljive tvari) do određene temperature u prisustvu oksidatora;

hemijska reakcija (na primjer, eksplozija);

protok električne struje u mediju (električni luk, električno zavarivanje)

Faze sagorevanja

Proces sagorevanja je podeljen na određene faze (faze):

1. Početna faza (faza rasta),

2. faza slobodnog gorenja (potpuno razvijena faza),

3. Faza tinjanja (faza raspadanja).

U prvoj - početnoj - fazi, protok dovodnog kisika se povećava, a zatim počinje opadati. Određena količina toplote se stvara i ta količina se povećava tokom procesa sagorevanja. Plamen može dostići temperaturu veću od 5370°C, ali sobna temperatura u ovoj fazi može biti niska.

Tokom druge faze slobodnog sagorevanja, vazduh bogat kiseonikom se uvlači u plamen jer konvekcija prenosi toplotu do gornjeg sloja zatvorenog prostora. Vrući plinovi putuju odozgo prema dolje, tjerajući hladniji zrak da traži niže nivoe, i na kraju zapaljuju sav zapaljivi materijal u gornjim nivoima prostorije. U ovoj fazi, temperatura u gornjim slojevima može premašiti 7000°C. Vatra nastavlja da troši slobodni kiseonik sve dok ne dođe do tačke u kojoj nema dovoljno kiseonika da reaguje sa gorivom. Plamen se svodi na fazu tinjanja i potreban mu je samo kisik da bi se brzo zapalio.

U trećoj fazi, plamen može prestati ako je područje sagorijevanja hermetički zatvoreno. U tom slučaju sagorijevanje se svodi na tinjajući žar. Gusti dim i gasovi se oslobađaju i nastaje višak pritiska. Ugljevi nastavljaju da tinjaju, prostorija će biti potpuno ispunjena gustim dimom i gasovima izgaranja na temperaturi od 5370°C. Intenzivna toplota će ispariti lakše sastojke goriva. , kao što su vodonik i metan, iz zapaljivih materijala u prostoriji. Ovi gorljivi gasovi će se kombinovati sa derivatima vatre i dodatno povećati rizik od ponovnog paljenja i stvoriti mogućnost povratnog strujanja.

Vrste sagorevanja

Flash- ovo je brzo sagorijevanje zapaljive smjese, koje nije praćeno stvaranjem komprimiranih plinova.

Vatra- pojava sagorevanja pod uticajem izvora paljenja.

Upečatljiv primjer vatre je "trik" drevnih indijskih svećenika: u staroj Indiji, prilikom izvođenja svetih obreda, u sumraku hramova, tajanstvena crvena svjetla iznenada su se rasplamsala i raspršila iskrima, ulivajući praznovjerni strah u štovatelje. Naravno, moćni Buda nije imao ništa s tim, već su njegove vjerne sluge, sveštenici, uplašili i obmanjivali vjernike uz pomoć pjenušavih žarulja. Stroncijeve soli, koje su plamenu davale crvenu boju, pomiješane su sa ugljem, sumporom i kalijum hloratom (Bertholletova so). U pravom trenutku smjesa je zapaljena.

2KClO 3 + S +2C = 2KCl + SO 2 + 2CO 2

Spontano sagorevanje je fenomen naglog povećanja brzine egzotermnih reakcija, što dovodi do sagorijevanja tvari (materijala, smjese) u odsustvu izvora paljenja.

Termičko spontano sagorevanje tvari nastaju kao rezultat samozagrijavanja pod utjecajem skrivenog ili vanjskog izvora grijanja. Samozapaljenje je moguće samo ako količina toplote koja se oslobađa tokom procesa autooksidacije premašuje prenos toplote u okolinu.

Primjer termalnog spontanog sagorijevanja je spontano sagorijevanje hlapljivih eteričnih ulja po vrućem vremenu. Poznata legenda o gorućem grmu, ili Mojsijevom grmu, ima potpuno naučno objašnjenje: naučnici vjeruju da je to bio diptam grm koji luči eterična ulja koja svijetle kada su izložena sunčevoj svjetlosti. Za mirnog vremena oko grma povećava se koncentracija hlapljivih eteričnih ulja koje oslobađa biljka, koja se pale kada se postigne određena temperatura. Jednadžba hemijske reakcije samozapaljenja etra:

C 4 H 10 O + 6 O 2 = 4 CO 2 + 5 H 2 O

Toplotno spontano sagorevanje takođe objašnjava pojavu grobljanske rasvete. Kada se organski ostaci raspadnu, oslobađa se bezbojni, otrovni gas fosfin (PH3), koji ima svojstvo spontanog paljenja na vazduhu, tj. u prisustvu kiseonika. Ako ovaj plin izađe iz zemlje, a u njemu se raspadaju organski ostaci, dolazi do samozapaljenja, formiraju se mali bljeskovi, kojima su crkvenjaci plašili praznovjerne ljude. Ovaj fenomen se može uočiti samo u toploj sezoni, jer je temperatura samozapaljenja fosfina = 38°C. Jednadžba za hemijsku reakciju samozapaljenja fosfina:

2PH 3 + 4O 2 = P 2 O 5 + 3H 2 O

Do spontanog sagorijevanja može doći i pod utjecajem vitalne aktivnosti mikroorganizama u masi tvari (materijala, smjese).

Zapaljivi materijali imaju tendenciju mikrobiološkog spontanog sagorevanja, posebno navlaženi, koji služe kao leglo mikroorganizama čija je životna aktivnost povezana sa oslobađanjem toplote (treset, piljevina). U tom slučaju temperatura samozagrijavanja ne prelazi normalne temperature okoline i može biti negativna.

Zbog toga se najviše požara i eksplozija dešava prilikom skladištenja poljoprivrednih proizvoda (silaže, navlaženog sijena) u elevatorima. Najčešće korištena metoda za izbjegavanje samozagrijavanja i samozapaljenja sijena (i sličnih materijala) je osigurati da se materijali ne navlaže prilikom skladištenja.

Postoji razlika između procesa sagorevanja i spontanog sagorevanja: da bi došlo do sagorevanja, potrebno je u zapaljivi sistem uvesti toplotni impuls čija je temperatura veća od temperature spontanog paljenja supstance.

Temperatura samozagrevanja- minimalna temperatura okoline, iznad koje je, pod povoljnim uslovima, moguć razvoj egzotermnog procesa samozagrevanja povezanog sa termičkom razgradnjom i oksidacijom određene zapremine (mase) zapaljive supstance.

Temperatura samopaljenja- ovo je najniža temperatura tvari pri kojoj dolazi do naglog povećanja brzine egzotermnih reakcija, koje završavaju pojavom plamenog izgaranja.

Eksplozija je izuzetno brza kemijska transformacija tvari, praćena brzim oslobađanjem toplinske energije i stvaranjem komprimiranih plinova sposobnih za mehanički rad.

Također je teško zamisliti moderni svijet bez ove vrste sagorijevanja, budući da je mehanička eksplozija goriva u osnovi rada većine automobilskih motora. Eksplozije malih razmjera također se koriste u pirotehničkim sredstvima. Pirotehnika (starogrčki πῦρ - vatra, toplota; τεχνικός - umjetnost, vještina) je grana tehnologije povezana s tehnologijama za pripremu zapaljivih kompozicija i njihovo spaljivanje radi postizanja određenog efekta. podijeljeno na:

vojska (baklene, dimne bombe)

specijalizovani (filmski specijalni efekti, civilna signalna oprema)

zabava (pirotehnički proizvodi - petarde, pjenice, petarde, vatromet.

Proizvodi sagorevanja

Tokom procesa sagorevanja nastaju proizvodi sagorevanja. Mogu biti tečni, čvrsti i gasoviti. Njihov sastav zavisi od sastava goruće supstance i od uslova njenog sagorevanja. Organske i neorganske zapaljive tvari se uglavnom sastoje od ugljika, kisika, vodika, sumpora, fosfora i dušika. Od toga, ugljik, vodonik, sumpor i fosfor su sposobni da oksidiraju na temperaturama sagorevanja i formiraju produkte sagorevanja: CO, CO 2, SO 2, P 2 O 5. Dušik pri temperaturi izgaranja ne oksidira i oslobađa se u slobodnom stanju, a kisik se troši na oksidaciju zapaljivih elemenata tvari. Svi ovi proizvodi sagorevanja (sa izuzetkom ugljen monoksida CO) ne mogu da izgore u budućnosti.

Nepotpunim sagorevanjem organskih materija u uslovima niskih temperatura i nedostatka vazduha nastaju raznovrsniji proizvodi - ugljen monoksid (II), alkoholi, aldehidi, kiseline i druga složena hemijska jedinjenja. Ovi proizvodi proizvode oštar i otrovan dim. Osim toga, sami proizvodi nepotpunog izgaranja mogu sagorjeti i stvoriti eksplozivne smjese sa zrakom. Takve eksplozije nastaju prilikom gašenja požara u podrumima, sušarama i u zatvorenim prostorima sa velikom količinom zapaljivog materijala.

Boja plamena

Sposobnost nečistoća da boje plamen u različite boje koristi se ne samo u pirotehnici, već i u analitičkoj hemiji: pirokemijska analiza je metoda za detekciju određenih hemijskih elemenata (na primjer, u mineralima) različitim bojama plamena.

Element	Boja plamena
	Emerald green
kobalt (Co)
mangan (Mn)	Ljubičasto-ametist
željezo (Fe)	Žuto-braon
nikl (Ni)	Crveno-braon
natrijum (Na)	Narandžasta
kalcijum (Ca)	Jarko crvena

Plinski plamenik gori plavim plamenom zbog prisustva ugljičnog monoksida (CO). Žuto-narandžasti plamen šibice nastaje zbog prisustva natrijumovih soli u drvetu. Žuto-narandžasta boja gornjeg dijela plamena u normalnim uvjetima objašnjava se sjajem čestica čađi koje struja vrućeg zraka prenosi prema gore.

Zaključak

Kao rezultat rada na temi, izvršeni su postavljeni zadaci: proučavani su literarni izvori i internet resursi o historiji ovladavanja procesima požara i sagorijevanja; odabrani su laboratorijski eksperimenti vezani za procese sagorijevanja i upute za njihovu provedbu.

Cilj rada je postignut. Takav naizgled poznat fenomen savremenom čovjeku kao što je sagorijevanje je vrlo složen fizički i kemijski proces. Ovo je prva hemijska reakcija sa kojom se čovek upoznao! Ovaj proces igra veoma važnu ulogu u našim životima, iako ponekad predstavlja veliku opasnost.

Zanimljive činjenice i laboratorijski eksperimenti predstavljeni u radu mogu se koristiti u demonstracijske svrhe u obrazovnim institucijama kako bi se učenici upoznali s tako nevjerojatnom temom kao što je vatra.

Praktični dio

Iskustvo br. 1. "Hemijski fitilj."

Ova metoda daljinskog paljenja fitilja bombi korišćena je još krajem 19. veka. Zasnovan je na sposobnosti glicerina da se zapali od reakcije s jakim oksidacijskim sredstvom (kalijev permanganat).

Svrha eksperimenta: osigurati da se vatra može "roditi" ne samo iz iskre, već i jednostavno iz miješanja određenih tvari, koje su pojedinačno potpuno bezopasne.

Reagensi i oprema: papir, kristalni kalijum permanganat, bezvodni glicerin, pipeta.

Napredak rada i zapažanja: sipajte malu količinu kalijum permanganata na zgužvani list papira, kapnite 3-5 kapi glicerina; Iznad smjese će se pojaviti dim, a nakon nekog vremena (5-15 sekundi) smjesa i zgužvani list će zasvijetliti.

Iskustvo br. 2. "Mini vatromet."

Reagensi i oprema: ugalj u prahu, kristalni kalijum permanganat, gvozdene opiljke, list papira, lončić, klešta za lončiće, suvo gorivo.

Napredak rada i zapažanja: na list papira sipajte tri male identične hrpice fino usitnjenog praha: kalijum permanganata, gvozdenih strugotina i uglja. Nakon toga, preklopite list papira na pola tako da prašci padnu u jednu hrpu. Činjenica je da kada trljate kalijum permanganat sa gvozdenim strugama, smesa može da se raspali. Dobijenu smjesu sipajte u lončić. Stavljamo ga na vatru suvog goriva i čekamo nekoliko sekundi. Kada se smjesa zagrije, počet će svjetlucati kao šprica.

Iskustvo br. 3. "Neugasivi magnezijum."

Magnezijum je jedna od rijetkih supstanci koje se ne mogu ugasiti vodom.

Reagensi i oprema: magnezijum, voda, staklo, kašika sa dugom drškom, alkoholna lampa.

Napredak rada i zapažanja: upaliti malu količinu magnezijuma u kašičici iz plamena alkoholne lampe. Stavljamo zapaljeni magnezijum u čašu vode i posmatramo da se ne gasi, već da gori i dalje ostaje na površini vode.

Eksperiment br. 4 "Faraonova zmija iz kalcijum glukonata."

Faraonske zmije su brojne reakcije koje su praćene stvaranjem poroznog proizvoda iz male količine reagujućih tvari. Ove reakcije su praćene brzom evolucijom gasa.

Svrha eksperimenta: posmatrati termičku razgradnju kalcijum glukonata.

Reagensi i oprema: tablete kalcijum glukonata, suvo gorivo, pinceta.

Napredak rada i zapažanja: na upaljenu tabletu suvog goriva pincetom staviti 1-2 tablete kalcijum glukonata. Kalcijum glukonat će se značajno povećati u zapremini, poprimiti „crvi“ oblik i „ispuzaće“ iz plamena. Rezultirajuća "zmija" je vrlo krhka i raspašće se na prvi dodir.

Iskustvo br. 5. "Soda Viper"

Svrha eksperimenta: promatrati termičku razgradnju mješavine sode i šećera u prahu.

Reagensi i oprema: pijesak, soda, šećer u prahu, alkohol.

Napredak rada i zapažanja: sipajte malo pijeska (4-5 supenih kašika), napravite malu udubinu na vrhu dobijene „piramide“. U ovu šupljinu sipajte mješavinu jednakih količina sode bikarbone i šećera u prahu. Sve to prelijemo alkoholom i zapalimo. Prvo promatramo stvaranje malih tamnih mjehurića, zatim pojavu samog "soda zmija". Kao iu prethodnom eksperimentu, faraonska zmija postepeno se povećava u veličini.

Iskustvo br. 6. "Eksplozija mješavine plinova."

Svrha eksperimenta: promatrati eksploziju mješavine zraka i zapaljivog plina.

Reagensi i oprema: cink, hlorovodonična kiselina, uređaj za proizvodnju gasova, čaša vode, deterdžent za suđe, upaljeni iver.

Napredak rada i zapažanja: sipajte malo deterdženta u čašu vode, promiješajte da nastane lagana pjena. U uređaju za proizvodnju plinova miješamo cink i klorovodičnu kiselinu, a cijev za izlaz plina usmjeravamo u čašu s vodom i deterdžentom. Kada cink reaguje sa hlorovodoničnom kiselinom, oslobađa se vodonik koji stvara pjenu u staklu. Kada ima dovoljno

pjene, uklonite cijev za izlaz plina, prinesite zapaljeni komadić pjene i uočite malu eksploziju.

Iskustvo br. 7. "Plamen u boji"

Reagensi i oprema: bakar hlorid, bakar (II) sulfat, kuhinjska so, kalcijum fluorid, amonijum hlorid, voda, alkoholna lampa, nikromska žičana petlja.

Napredak rada i zapažanja: pomiješati amonijum hlorid u omjeru 1:1 sa svakim od reagensa, razrijediti vodom i pomiješati nastalu suspenziju. Zatim zakačimo malu količinu svake supstance omčom od nihromske žice i dodamo je plamenu plamenika, promatrajući reakciju bojenja plamena. Rezultat je bio: originalni plamen je bio proziran, s plavičastom nijansom; natrijum hlorid (kuhinjska so) obojio je plamen u žuto; bakar (II) sulfat - bakar sulfat - zeleno; bakar hlorid ga je pretvorio u svijetloplavu boju, a kalcijum fluorid je dao plamenu jedva primjetnu crvenu nijansu.

Reference

1. .Kendivan, O.D.-S. Čudo očima hemičara / O.D.-S. Kendivan //Hemija. Obrazovno-metodički časopis za nastavnike hemije i prirodnih nauka br. 5-6 izd. Prvi septembar - Moskva, 2014. - S.45-52

2. Krasitsky, V.A. Vatra koju je stvorio čovjek: istorija i modernost / V.A. Krasitsky // Kemija. Obrazovno-metodički časopis za nastavnike hemije i prirodnih nauka br. 1 izd. Prvi septembar - Moskva, 2014. - S.4-8

3. Nepoznato. Analitička hemija. Semimicroanalysis [Elektronski izvor] / Nepoznato // Analytical chemistry - Način pristupa: http://analit-himiya.ucoz.com/index/0-13

4. Nepoznato. Combustion [Elektronski izvor]/ Nepoznato // Besplatna enciklopedija Wikipedia - Način pristupa: https://ru.wikipedia.org/wiki/Combustion

5. Poltev, M.K. Poglavlje X. Sigurnost od požara. §1. Procesi sagorevanja / M.K. Poltev // Zaštita na radu u mašinstvu, ur. "Viša škola" - Moskva, 1980.

6. Ryumin, V.V. Sagorevanje bez vazduha / V.V. Ryumin // Zabavna hemija, 7. izd. Mlada garda. - Moskva, 1936. - P.58-59

7. Ryumin, V.V. Samozapaljenje / V.V. Ryumin // Zabavna hemija, 7. izd. Mlada garda. - Moskva, 1936. - P.59

8. Stepin, B.D.; Alikberova, L.Yu. Spektakularni eksperimenti / B.D. Stepin, L.Yu. Alikberova // Zabavni zadaci i spektakularni eksperimenti u hemiji, ur. Drfa - Moskva, 2006. - S.

– trajna lančana reakcija koja uključuje sagorijevanje, što je egzotermna reakcija u kojoj oksidant, obično kisik, oksidira gorivo, obično ugljik, proizvodeći produkte izgaranja kao što su ugljični dioksid, voda, toplina i svjetlost. Tipičan primjer je sagorijevanje metana:

CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O

Toplina nastala sagorijevanjem može se koristiti za pogon samog sagorijevanja, a kada je to dovoljno i nije potrebna dodatna energija za održavanje sagorijevanja, dolazi do požara. Da biste zaustavili vatru, možete ukloniti gorivo (ugasiti gorionik na štednjaku), oksidant (pokriti vatru posebnim materijalom), toplinu (poškropiti vatru vodom) ili samu reakciju.

Izgaranje je, na neki način, suprotno fotosintezi, endotermnoj reakciji u kojoj svjetlost, voda i ugljični dioksid ulaze kako bi proizveli ugljik.

Primamljivo je pretpostaviti da sagorevanje drveta troši ugljenik koji se nalazi u celulozi. Međutim, čini se da se dešava nešto složenije. Ako je drvo izloženo toplini, ono se podvrgava pirolizi (za razliku od sagorijevanja, za koje nije potreban kisik), pretvarajući ga u zapaljivije tvari, poput plinova, i upravo se te tvari zapale u požarima.

Ako drvo gori dovoljno dugo, plamen će nestati, ali tinjanje će se nastaviti, a posebno će drvo nastaviti svijetliti. Tinjanje je nepotpuno sagorijevanje, koje za razliku od potpunog izgaranja rezultira stvaranjem ugljičnog monoksida.

Svakodnevni predmeti konstantno emituju toplotu, uglavnom u infracrvenom opsegu. Talasna dužina mu je duža od vidljive svjetlosti, pa se ne može vidjeti bez posebnih kamera. Vatra je dovoljno jaka da proizvodi vidljivu svjetlost, iako proizvodi i infracrveno zračenje.

Drugi mehanizam za pojavu boje u vatri je emisioni spektar predmeta koji se spaljuje. Za razliku od zračenja crnog tijela, spektar zračenja ima diskretne frekvencije. To se događa zbog činjenice da elektroni stvaraju fotone na određenim frekvencijama, prelazeći iz stanja visoke energije u stanje niske energije. Ove frekvencije se mogu koristiti za određivanje elemenata prisutnih u uzorku. Slična ideja (koristeći apsorpcijski spektar) se koristi za određivanje sastava zvijezda. Emisioni spektar je također odgovoran za boju vatrometa i svjetla u boji.

Oblik plamena na Zemlji zavisi od gravitacije. Kada vatra zagrije okolni zrak, dolazi do konvekcije: vrući zrak, koji sadrži, između ostalog, vrući pepeo, diže se, a hladni zrak (koji sadrži kisik) tone, podržavajući vatru i dajući plamenu oblik. U niskoj gravitaciji, kao na svemirskoj stanici, to se ne dešava. Vatra se raspiruje difuzijom kiseonika, pa gori sporije iu obliku kugle (pošto do sagorevanja dolazi samo tamo gde vatra dolazi u kontakt sa vazduhom koji sadrži kiseonik. Unutar kugle nema kiseonika).

Zračenje crnog tela

Zračenje crnog tijela je opisano Planckovom formulom, koja se odnosi na kvantnu mehaniku. Istorijski gledano, to je bila jedna od prvih primjena kvantne mehanike. Može se izvesti iz kvantne statističke mehanike na sljedeći način.

Izračunavamo raspodjelu frekvencije u fotonskom plinu na temperaturi T. Činjenica da se ona poklapa sa frekvencijskom distribucijom fotona koje emituje apsolutno crno tijelo iste temperature proizlazi iz Kirchhoffovog zakona zračenja. Ideja je da se crno tijelo može dovesti u temperaturnu ravnotežu sa fotonskim plinom (pošto imaju istu temperaturu). Fotonski gas apsorbuje crno telo, koje takođe emituje fotone, pa je za ravnotežu neophodno da za svaku frekvenciju na kojoj crno telo emituje zračenje treba da ga apsorbuje istom brzinom, koja je određena distribucijom frekvencije u gas.

U statističkoj mehanici, vjerovatnoća da je sistem u mikrostanju s, ako je u termalnoj ravnoteži na temperaturi T, je proporcionalna

Gdje je E s energija stanja s, a β = 1 / k B T, ili termodinamička beta (T je temperatura, k B je Boltzmannova konstanta). Ovo je Boltzmannova distribucija. Jedno objašnjenje za ovo je dato u blog postu Terencea Taoa. To znači da je vjerovatnoća jednaka

P s = (1/Z(β)) * e - β E s

Gdje je Z(β) normalizirajuća konstanta

Z(β) = ∑ s e - β E s

Da biste opisali stanje fotonskog plina, morate znati nešto o kvantnom ponašanju fotona. U standardnoj kvantizaciji elektromagnetnog polja, polje se može posmatrati kao skup kvantnih harmonijskih oscilacija, od kojih svaka osciluje na različitim ugaonim frekvencijama ω. Energije vlastitih stanja harmonijskog oscilatora označene su nenegativnim cijelim brojem n ∈ ℤ ≥ 0, koji se može tumačiti kao broj fotona frekvencije ω. Energije sopstvenog stanja (do konstante):

Zauzvrat, kvantna normalizujuća konstanta predviđa da je na niskim frekvencijama (u odnosu na temperaturu) klasični odgovor približno tačan, ali na visokim frekvencijama prosječna energija pada eksponencijalno, pri čemu je pad veći na nižim temperaturama. To se događa zato što pri visokim frekvencijama i niskim temperaturama, kvantni harmonijski oscilator provodi većinu svog vremena u osnovnom stanju i ne prelazi tako lako na sljedeći nivo, što je eksponencijalno manje vjerovatno da će se dogoditi. Fizičari kažu da je većina ovog stepena slobode (sloboda oscilatora da osciluje na određenoj frekvenciji) „zamrznuta“.

Gustina stanja i Plankova formula

Sada, znajući šta se dešava na određenoj frekvenciji ω, potrebno je sabrati sve moguće frekvencije. Ovaj dio proračuna je klasičan i nisu potrebne kvantne korekcije.

Koristimo standardno pojednostavljenje da je fotonski gas zatvoren u zapremini sa stranicom dužine L sa periodičnim graničnim uslovima (to jest, u stvarnosti će to biti ravan torus T = ℝ 3 / L ℤ 3). Moguće frekvencije su klasifikovane prema rješenjima jednadžbe elektromagnetnih valova za stajaće valove u volumenu sa specificiranim graničnim uvjetima, koji zauzvrat odgovaraju, do faktora, vlastitim vrijednostima Laplasovog Δ. Preciznije, ako je Δ υ = λ υ, gdje je υ(x) glatka funkcija T → ℝ, tada će odgovarajuće rješenje jednadžbe elektromagnetnih valova za stojeći val biti

υ(t, x) = e c √λ t υ(x)

I stoga, s obzirom na to da je λ obično negativan, te da je √λ obično imaginaran, odgovarajuća frekvencija će biti jednaka

ω = c √(-λ)

Ova frekvencija se javlja dim V λ puta, gdje je V λ λ vlastita vrijednost Laplasijana.

Mi pojednostavljujemo uslove koristeći volumen sa periodičnim graničnim uslovima jer je u ovom slučaju vrlo lako zapisati sve sopstvene funkcije Laplasijana. Ako koristimo kompleksne brojeve radi jednostavnosti, onda su oni definirani kao

υ k (x) = e i k x

Gdje je k = (k 1, k 2, k 3) ∈ 2 π / L * ℤ 3, talasni vektor. Odgovarajuća vlastita vrijednost Laplasijana će biti

λ k = - | k | 2 = - k 2 1 - k 2 2 - k 2 3

Odgovarajuća frekvencija će biti

I odgovarajuća energija (jedan foton ove frekvencije)

E k = ℏ ω k = ℏ c |k|

Ovdje aproksimiramo raspodjelu vjerovatnoće preko mogućih frekvencija ω k , koje su, strogo govoreći, diskretne, kontinuiranom raspodjelom vjerovatnoće i izračunavamo odgovarajuću gustinu stanja g(ω). Ideja je da g(ω) dω treba da odgovara broju dostupnih stanja sa frekvencijama u rasponu od ω do ω + dω. Zatim integrišemo gustinu stanja da bismo dobili konačnu normalizujuću konstantu.

Zašto je ova aproksimacija razumna? Potpuna normalizirajuća konstanta može se opisati na sljedeći način. Za svaki talasni broj k ∈ 2 π / L * ℤ 3 postoji broj n k ∈ ℤ ≥0 koji opisuje broj fotona sa tim talasnim brojem. Ukupan broj fotona n = ∑ n k je konačan. Svaki foton dodaje ℏ ω k = ℏ c |k|, što znači da

Z(β) = ∏ k Z ω k (β) = ∏ k 1 / (1 - e -βℏc|k|)

Za sve talasne brojeve k, dakle, njegov logaritam se zapisuje kao zbir

Log Z(β) = ∑ k log 1 / (1 - e -βℏc|k|)

I želimo da ovu sumu aproksimiramo integralom. Ispostavilo se da se za razumne temperature i velike zapremine integrand vrlo sporo mijenja sa k, tako da će ova aproksimacija biti vrlo bliska. Prestaje raditi samo na ultra niskim temperaturama, gdje dolazi do Bose-Einstein kondenzacije.

Gustina stanja se izračunava na sljedeći način. Talasni vektori se mogu predstaviti kao uniformne tačke rešetke koje žive u „faznom prostoru“, to jest, broj talasnih vektora u određenom području faznog prostora proporcionalan je njegovom volumenu, barem za područja koja su velika u poređenju sa korakom rešetke 2π/L . U suštini, broj talasnih vektora u oblasti faznog prostora je jednak V/8π 3, gde je V = L 3, naš ograničeni volumen.

Ostaje da se izračuna zapremina regiona faznog prostora za sve talasne vektore k sa frekvencijama ω k = c |k| u rasponu od ω do ω + dω. Ovo je sferna ljuska debljine dω/c i poluprečnika ω/c, tako da njen volumen

2πω 2 /c 3 dω

Dakle, gustina stanja za foton

G(ω) dω = V ω 2 / 2 π 2 c 3 dω

U stvari, ova formula je dvostruko niža: zaboravili smo da uzmemo u obzir polarizaciju fotona (ili, ekvivalentno, spin fotona), što udvostručuje broj stanja za dati talasni broj. Ispravna gustina:

G(ω) dω = V ω 2 / π 2 c 3 dω

Činjenica da je gustina stanja linearna u zapremini V ne funkcioniše samo u ravnom torusu. Ovo je svojstvo vlastitih vrijednosti Laplacijana prema Weylovom zakonu. To znači da je logaritam normalizirajuće konstante

Log Z = V / π 2 c 3 ∫ ω 2 log 1 / (1 - e - βℏω) dω

Derivat u odnosu na β daje prosječnu energiju fotonskog plina

< E >= - ∂/∂β log Z = V / π 2 c 3 ∫ ℏω 3 / (e βℏω - 1) dω

Ali ono što je važno za nas je integrand, koji daje "gustinu energije"

E(ω) dω = Vℏ / π 2 c 3 * ω 3 / (e βℏω - 1) dω

Opisivanje količine energije fotona gasa koja potiče od fotona sa frekvencijama u opsegu ω do ω + dω. Krajnji rezultat je oblik Planckove formule, iako je potrebno malo petljanja da bi se pretvorila u formulu koja se primjenjuje na crna tijela, a ne na fotonske plinove (morate podijeliti sa V da biste dobili gustinu po jedinici zapremine i uradite nekoliko više stvari za mjerenje radijacije).

Plankova formula ima dva ograničenja. U slučaju kada je βℏω → 0, imenilac teži βℏω, i dobijamo

E(ω) dω ≈ V / π 2 c 3 * ω 2 /β dω = V k B T ω 2 / π 2 c 3 dω

Tagovi:

vatre
kvantna fizika

Dodaj oznake

Uvod

Relevantnost teme. Bez vatre život na Zemlji je nemoguć. Svaki dan vidimo vatru - peć, vatru, peć itd. Ima ga svuda - u domovima i školama, u fabrikama i fabrikama, u motorima svemirskih brodova. Na Trgu Slave gori Vječna Vatra, u crkvama uvijek gore svijeće...

Šumski požari su se cijelo ljeto prikazivali na TV-u. Veliki broj stabala koja su nam davala vazduh nepovratno je izgorela. Mogle bi postati zanimljive knjige i naše školske sveske. Životinje su uginule. Izgorjela su cijela sela, ljudi su ostali bez domova.

Ova vatra je zanimljiva i misteriozna!

Za djecu je napisano dosta knjiga o požarima i sigurnosnim mjerama, uključujući i književna djela („Ujka Stepa“ S. Mihalkova, „Zbuna“ K. Čukovskog, „Mačja kuća“ S. Maršaka itd.). Ali takvi izvori koji detaljno opisuju i svojstva vatre i njene prednosti su rijetki. Naš rad je pokušaj da se popuni takva praznina.

Svrha rada: Proučavanje značenja vatre za čovjeka.

Zadaci. U ovom radu proučavamo svojstva vatre i odgovaramo na pitanje: Šta je vatra? Također razumijemo kako ljudi koriste ova svojstva. Kako i zašto vatra može pomoći i naškoditi ljudima? (Dodatak 1).

Koristili smo referentnu literaturu: rečnik, enciklopediju, neke knjige za odrasle i informacije sa interneta.

1. Šta je vatra? Osnovna svojstva vatre

Dječja enciklopedija ima sljedeću definiciju vatre i sagorijevanja: "ovo je kemijska reakcija u kojoj se jedna od tvari toliko zagrijava da se spaja s kisikom u zraku."

U objašnjavajućem rečniku ruskog jezika čitamo: „Vatra sagoreva svetleće gasove visoke temperature. Nakon što je pročitao ove informacije, autor ovog rada još uvijek nije shvatio šta je vatra i odlučio je dati mu definiciju koja bi bila razumljiva učenicima osnovne škole. Da biste to učinili, morate identificirati njegova glavna svojstva.

Proučavamo osnovna svojstva vatre eksperimentalnim metodama (eksperimentima) i posmatranjem. Uradimo neke eksperimente.

Napomena. Svi eksperimenti su izvedeni u prisustvu i uz pomoć odraslih osoba, a poštovana su sigurnosna pravila: korištena je površina koja ne gori (staklena ploča) i pripremljen vrč s vodom.

Opis eksperimenata:

Eksperiment br. 1. Noću su svjetla u prostoriji bila isključena. Pao je mrak, ništa se nije vidjelo. Zapalili su svijeću, postali su vidljivi obrisi predmeta i ljudi.

Čak i mali plamen svijeće može osvijetliti prostoriju. Zato mama uvek ima sveće na zalihama - u slučaju nestanka struje.

Eksperiment br. 2. Vrlo pažljivo pokušajte da prinesete ruku plamenu svijeće. Na udaljenosti od 20 cm postaje jako toplo, ispod - zbog osjećaja peckanja ne možete spustiti ruku.

Zaključak: Svojstvo 2: Vatra proizvodi mnogo topline! (Vidi: Dodatak, slajd 5).

Eksperiment br. 3. Pokrijte goruću svijeću staklenom posudom. Nakon nekoliko sekundi plamen se gasi. Ista stvar se dešava i sa plinskim gorionikom. Radi pouzdanosti, eksperiment smo ponovili 3 puta. Rezultat je uvijek isti - plamen prestaje da gori.

Zaključak: 3. svojstvo: da bi vatra gorjela, potreban joj je zrak, odnosno kisik koji sadrži. (Vidi: Dodatak, slajd 6).

Dakle, otkrili smo glavna svojstva vatre i već možemo odgovoriti na pitanje: šta je vatra?

Vatra je proces u kojem se troši kisik i oslobađa svjetlost i toplina.

Nastavimo proučavati svojstva vatre.

1) Posmatrajte plamen svijeće. Oblik mirnog plamena, usmjerenog prema gore, izgleda kao stožac. Ako polako pušete u plamen svijeće, oblik se mijenja, odstupa od strujanja zraka. Ista stvar se dešava ako držite svijeću na blago otvorenom prozoru.

Zaključak: oblik plamena se može promijeniti strujanjem zraka. Ovo svojstvo se koristi prilikom paljenja vatre. (Vidi: Dodatak, slajdovi 9,10,11).

2) Razmotrite boju plamena. Boja nije svuda ista, plamen ima slojeve: donji sloj je plavkast, zatim svijetložuti sloj, nakon toga najgornji crvenkasto-narandžasti. (Vidi: Dodatak, slajd 13).

Ali nije sve u boji.

Primetili smo da gas u kuhinji uvek gori plavo, a drva uvek žuto-narandžasto. Posmatrajući kako gori tanka bakarna žica iz električnog kabla, otkrili smo da je plamen postao zelen. (Vidi: Dodatak, slajdovi 14, 17, 18, 19).

Zaključci: 1. Različite tvari i materijali gore s različitim bojama plamena. Dakle, ovako možete dobiti tako prekrasan vatromet! 2. To znači da nepoznatu supstancu možete odrediti po boji plamena, samo je trebate zapaliti (kao jedan od metoda).

Eksperiment br. 5. Temperatura plamena. Uzmimo istu tanku bakrenu žicu. Vrh takve žice, držeći je preko plamena, postavlja se na različita mjesta i na različite visine u plamenu i promatramo djelovanje plamena na žicu. Zapažanja otkrivaju sljedeće:

U donjem dijelu plamena žica ne svijetli, ne gori, samo je prekrivena crnim premazom.
U srednjem dijelu žica svijetli crveno i počinje svijetliti crveno.
Na samom vrhu plamena, žica svijetli, dajući plamenu zelenkastu nijansu.

To znači da je temperatura u različitim slojevima plamena različita. To potvrđuje iskustvo stavljanja ruke blizu plamena. Sjećamo se da ruku možete povući samo 20 cm odozgo.

Zaključak: plamen ima nekoliko slojeva koji se razlikuju ne samo po boji, već i po temperaturi. Plamen je najhladniji na dnu, a najtopliji na vrhu. (Vidi: Dodatak, slajd 20).

2. Značenje vatre: koristi i štete

Kao rezultat naših eksperimenata, vlastitih zapažanja, kao i iz materijala koji smo pročitali, uvjerili smo se da ljudi stalno koriste vatru u svom životu, a ona im donosi velike koristi.

U svakodnevnom životu: za grijanje prostora, kuhanje, grijanje vode, rasvjetu - ako ne radi struja. Vatra takođe služi za udobnost. Na primjer, kamin ili mirisne svijeće.
Kako se ispostavilo, korisna svojstva vatre koriste se u mnogim postrojenjima i fabrikama. Vatra topi metal, nakon čega mu se daje neki oblik. Metal se također koristi za rezanje metala ili, obrnuto, za zavarivanje. Tako se koristi, na primjer, za izradu raznih mašina i mehanizama.

Vatra se takođe koristi za:

Izrada stakla i keramike.
Proizvodnja plastike, boja.
Pravljenje lekova.
Recikliranje otpada.

I ovo nije cijela lista "dobrih" vatrenih djela.

Zaključak: Ljudima je zaista potrebna vatra. Greje, hrani i osvetljava. Savremeni čovek neprestano koristi vatru. Nemoguće je zamisliti život bez vatre.

Ali vatra je veoma opasna! To uvijek treba kontrolisati. On je u stanju da učini mnogo zla. Govorimo o požarima. Vatra je kada vatra gori bez nečije želje i uništi sve.

Požari nanose veliku štetu našoj državi i stanovništvu. Vatra je veoma užasna, okrutna pojava, neprijateljska prema svim živim bićima. (Vidi: Dodatak, slajd 26).

Vatra je štetna jer: ljudi umiru od požara i dobiju teške opekotine, ljudi gube svoje domove, šume nestaju od požara i svi njihovi stanovnici umiru: životinje, ptice, vatra može uništiti sve što je čovjek stvorio svojim radom.

Neke statistike. Zamislite samo da se svake godine u svijetu dogodi oko 5 miliona požara! Svakih sat vremena jedna osoba pogine u požaru, dvije su ozlijeđene ili izgorene. Svaka treća ubijena osoba je dijete.

Kako nastaju? Zbog nepažljivog rukovanja vatrom, nepoštenog odnosa prema mjerama sigurnosti.

Mnogo je knjiga napisano o požarima i nevoljama koje vatra donosi. Uključujući i dječje. Zašto je napisano toliko knjiga o požarima za djecu? Mislimo da zato što požari vrlo često nastaju krivicom djece.

Podsjećamo sve momke:

Nikad se ne igrajte vatrom!

Vatru možete paliti samo u prisustvu odraslih i pod njihovim nadzorom.

Na mjestima gdje se loži požar ili gdje se vatra koristi na drugi način, sredstva za gašenje treba da budu pri ruci.

Vatra se ne smije ostavljati bez nadzora.

Kada vatra više nije potrebna, treba je dobro ugasiti.

Zaključak

Tako smo kao rezultat rada koji smo obavili dali definiciju vatre koja je razumljiva djeci: „Vatra je proces u kojem se apsorbira kisik, a oslobađa svjetlost i toplina.“

Također su otkrili: Plamen ima određeni oblik, nekoliko slojeva koji se razlikuju ne samo po boji, već i po temperaturi. U tom slučaju, oblik plamena se može promijeniti pomoću strujanja zraka. Poznavanje ovih svojstava pomaže ljudima da efikasnije koriste vatru.

Različite tvari i materijali gore s različitim bojama plamena. To znači da neku tvar možete odrediti po boji plamena, samo je trebate zapaliti (kao jedan od metoda).

Općenito, ljudima je zaista potrebna vatra, ona grije, hrani i obasjava. Savremeni čovek neprestano koristi vatru. Nemoguće je zamisliti život bez vatre.

Ali vatra je veoma opasna! Uvijek ga treba nadzirati i ne treba ga ostavljati bez nadzora. On je u stanju da učini mnogo zla. Vatra je veoma užasna, okrutna pojava, neprijateljska prema svim živim bićima.

Naravno, nismo istražili sve o tako neverovatnom fenomenu kao što je vatra. Stoga je u budućnosti moguće istražiti sljedeća pitanja: kako su ljudi naučili paliti vatru, koje su bile prve metode? Koje supstance ne sagorevaju i zašto? Kako izvoditi vatrene trikove? Zanimljiva je i tema „Vatra i oružje“.

Rezultati ovog rada mogu se koristiti kao pomoćni materijal na nastavi o svijetu oko nas (svijetu oko nas) u vrtiću i osnovnoj školi. Za djecu zainteresiranu za vatru, takav materijal će biti koristan, jer je vizualan i prilično jednostavan.

Spisak izvora i literature

John Farndon, Ian James, Ginny Johnson, Angela Royston, itd. Enciklopedija “Pitanja i odgovori”.
Prevod s engleskog: E. Kulikova, D. Belenkaya i dr. Atticus Publishing Group LLC, 2008. 255 str.
Kaydanova O.V (kompilator) Vatra i čovjek.
Moskva, 1912. 98 str.
Ozhegov S.I. Rječnik ruskog jezika: M.: Rus. jezik, 1984. 797 str.

Element vatre. http://salamand.ru/sootvettstviya-stixii-ognya

Ruska statistika. http://www.statp.ru

CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O

Zračenje crnog tela

U statističkoj mehanici, vjerovatnoća da je sistem u mikrostanju s, ako je u termalnoj ravnoteži na temperaturi T, je proporcionalna

P s = (1/Z(β)) * e - β E s

Gdje je Z(β) normalizirajuća konstanta

Z(β) = ∑ s e - β E s

Gustina stanja i Plankova formula

Sada, znajući šta se dešava na određenoj frekvenciji ω, potrebno je sabrati sve moguće frekvencije. Ovaj dio proračuna je klasičan i nisu potrebne kvantne korekcije.

υ(t, x) = e c √λ t υ(x)

I stoga, s obzirom na to da je λ obično negativan, te da je √λ obično imaginaran, odgovarajuća frekvencija će biti jednaka

ω = c √(-λ)

Ova frekvencija se javlja dim V λ puta, gdje je V λ λ vlastita vrijednost Laplasijana.

υ k (x) = e i k x

Gdje je k = (k 1, k 2, k 3) ∈ 2 π / L * ℤ 3, talasni vektor. Odgovarajuća vlastita vrijednost Laplasijana će biti

λ k = - | k | 2 = - k 2 1 - k 2 2 - k 2 3

Odgovarajuća frekvencija će biti

I odgovarajuća energija (jedan foton ove frekvencije)

E k = ℏ ω k = ℏ c |k|

Z(β) = ∏ k Z ω k (β) = ∏ k 1 / (1 - e -βℏc|k|)

Za sve talasne brojeve k, dakle, njegov logaritam se zapisuje kao zbir

Log Z(β) = ∑ k log 1 / (1 - e -βℏc|k|)

2πω 2 /c 3 dω

Dakle, gustina stanja za foton

G(ω) dω = V ω 2 / 2 π 2 c 3 dω

U stvari, ova formula je dvostruko niža: zaboravili smo da uzmemo u obzir polarizaciju fotona (ili, ekvivalentno, spin fotona), što udvostručuje broj stanja za dati talasni broj. Ispravna gustina:

G(ω) dω = V ω 2 / π 2 c 3 dω

Log Z = V / π 2 c 3 ∫ ω 2 log 1 / (1 - e - βℏω) dω

Derivat u odnosu na β daje prosječnu energiju fotonskog plina

< E >= - ∂/∂β log Z = V / π 2 c 3 ∫ ℏω 3 / (e βℏω - 1) dω

Ali ono što je važno za nas je integrand, koji daje "gustinu energije"

E(ω) dω = Vℏ / π 2 c 3 * ω 3 / (e βℏω - 1) dω

Plankova formula ima dva ograničenja. U slučaju kada je βℏω → 0, imenilac teži βℏω, i dobijamo

E(ω) dω ≈ V / π 2 c 3 * ω 2 /β dω = V k B T ω 2 / π 2 c 3 dω

Oznake: Dodajte oznake

Nakon izvođenja ovog jednostavnog eksperimenta, uvjerit ćete se da se bez kisika plamen gasi. Uzmite svijeću i stavite je na tanjir. Neka odrasla osoba zapali svijeću, a zatim je pokrijte staklenom teglom. Nakon nekog vremena vidjet ćete da se plamen ugasio jer je kiseonik u tegli nestao.

Plamen nastaje tokom sagorevanja supstanci u različitim stanjima - one mogu biti čvrste, tečne, pa čak i gasovite. Plamen nastaje samo u prisustvu zapaljive supstance, kiseonika i toplote. Razmotrimo proces na primjeru šibice: sumpor i sama šibica su zapaljiva supstanca, trenje o kutiju; energija koja nastaje trenjem postaje toplota, a kada reaguje sa kiseonikom, šibica počinje da gori. Duvanjem na zapaljenu šibicu temperatura opada i sagorevanje prestaje.

Kako se mjeri temperatura?

Za mjerenje temperature koriste se različite vage. Svaka skala nosi ime svog tvorca: Celzijus, Farenhajt, Kelvin i Rankine. Većina zemalja koristi skalu Celzijusa (°C).
Evo nekoliko primjera temperatura:
250 °C - temperatura paljenja drveta;
100 °C je tačka ključanja vode;
37 °C - temperatura ljudskog tijela;
O °C - temperatura smrzavanja vode;
- 39 °C - temperatura očvršćavanja žive;
- 273 °C - apsolutna nula, temperatura na kojoj atomi prestaju da se kreću.

Proizvodi sagorevanja

Dim, pepeo i čađ su proizvodi sagorevanja. Kada neka tvar izgori, ona ne nestaje, već se pretvara u druge tvari i toplinu.

Oblik plamena

Plamen ima izdužen oblik jer vrući zrak, lakši od hladnog, juri naviše.

Šta je gorivo ili gorivo?

Tvari koje gore u prisustvu kiseonika, oslobađajući veliku količinu toplote, nazivaju se zapaljivim i koriste se za proizvodnju različitih vrsta energije. Drvo i ugalj su čvrsta goriva. Benzin, dizel gorivo i kerozin su tečna goriva koja se dobijaju iz nafte. Prirodni gas, koji se sastoji od metana, etana, propana i butana, je gasovito gorivo.

Sekcije