Co może być przyczyną pożaru? Czym jest ogień i dlaczego płonie? Region utleniający i redukcyjny

Dom

Winyl

Tekst pracy publikujemy bez obrazów i formuł.
Pełna wersja pracy dostępna jest w zakładce „Pliki Pracy” w formacie PDF

Ogień świecy, ogień ognia,

Ogień potężnego ognia.

Światła - wszyscy są mistrzami

Dar zesłany ludziom.

Wstęp

Może się urodzić, stać się silniejszym i rosnąć. Może osłabnąć i umrzeć. Może być pełen szacunku i czuły lub okrutny i chciwy. Rzuca się, pożera, pochłania. Możesz z nim walczyć, a on wycofa się pokonany. Może Cię uratować lub zamienić w straszliwą tragedię.

"Ogień!" - jest to zarówno krzyk nadziei dla zgubionych, jak i surowy rozkaz, który przynosi śmierć wrogom.

Ogniste włosy, płonące oczy, skwierczące spojrzenie. Błysk złości, wybuch śmiechu. Igraj z ogniem, rozpalaj ogień myślami, promieniuj entuzjazmem, płoń pasją. „Mała iskra zrodzi wielki płomień”, „Ogień i woda wszystko zniszczą”, „W ogniu topi się żelazo”, „Ogień jest przyjacielem i wrogiem człowieka”.

Dość przykładów. Mają nam tylko przypomnieć, jaką rolę w naszym życiu odgrywa ten dar natury. Nasz język nadał mu cechy żywej istoty i odwrotnie, wygląd i emocje człowieka często kojarzą się z właściwościami płomienia.

Ogień od dawna jest integralną częścią życia ludzi. Czy można sobie wyobrazić nasze istnienie bez ognia? Oczywiście, że nie. Współczesny człowiek na co dzień spotyka się z procesami spalania.

Cel pracy: badanie procesu spalania z różnych punktów widzenia.

Zapoznaj się z literaturą i zasobami internetowymi związanymi z tematyką spalania;

Zapoznaj się z historią panowania nad ogniem;

Znajdź informacje i dokładne instrukcje dotyczące przeprowadzania eksperymentów związanych z procesami spalania.

Trochę historii

Spalanie- To pierwsza reakcja chemiczna, z którą zapoznał się człowiek.

Według legendy tytan Prometeusz rzucił ogień na zmarzniętych i nieszczęśliwych ludzi, pomimo zakazu Zeusa. Ale najprawdopodobniej prymitywne humanoidalne istoty napotkały ogień podczas pożarów spowodowanych uderzeniami piorunów i erupcjami wulkanów. Nie wiedzieli, jak sami go wydobyć, ale potrafili go nosić i konserwować. Pierwsze dowody użycia ognia przez człowieka pochodzą z takich stanowisk archeologicznych starożytnego człowieka, jak Chesowanya w Afryce Wschodniej, Swartkrans w Republice Południowej Afryki, Zhoukoudian i Xihoudu w Chinach oraz Trinil na wyspie Jawa. Znaleziono paleniska, popiół i węgiel drzewny sprzed 1,5-2 mln lat, spalone narzędzia prymitywnych ludzi oraz kości ssaków.

Kiedy ludzie zaczęli samodzielnie rozpalać ogień, nie było pewne aż do 2008 roku, kiedy to grupa izraelskich archeologów podała stosunkowo dokładną datę 790 tysięcy lat temu. Naukowcy doszli do tego wniosku na podstawie wyników wykopalisk na słynnym stanowisku wczesnopaleolitycznym Gesher Bnot Yaakov. Według raportu opublikowanego w czasopiśmie Quaternary Science Reviews odkryto ślady prymitywnych technik rozpalania ognia, stosowanych przez prawie dwanaście pokoleń zamieszkujących ten obszar. Wnioski wyciągnięto także na podstawie bardziej szczegółowych badań znalezionych tu wcześniej kamieni i narzędzi kamiennych.

Pierwszym sposobem niezależnego wywołania ognia przez ludzi było tarcie. Ta metoda jest czasami stosowana w naszych czasach, na przykład w warunkach biwakowych.

Stopniowo, w miarę jak ludzkość gromadziła praktyczne doświadczenie i nową wiedzę o otaczającym nas świecie, zastąpiła go inna metoda rozpalania ognia, polegająca na zajarzeniu iskry. Polega ona na tym, że kiedy kamień mocno uderza w określony minerał, z jego powierzchni wylatują maleńkie cząsteczki, które natychmiast zapalają się i spadając na łatwopalny materiał, podpalają go. Należą do nich na przykład piryt (disiarczek żelaza (II) - FeS 2). Znane są inne minerały o tej samej właściwości. Z biegiem czasu metodę tę udoskonalono: ogień zaczęto wytwarzać poprzez uderzanie żelaznym prętem iskier z bardziej powszechnego i dostępnego mineralnego krzemu. Substancjami łatwopalnymi były podpałka lub spalony pakuł. Ogień pozyskiwano w ten sposób w Europie do połowy XIX wieku. Zastosowane urządzenie nazywało się w Rosji „krzemieniem”.

Inną ciekawą metodę stosowały od starożytności do połowy XX wieku plemiona wysp Sumatra, Jawa, Kalimantan i Sulawesi: rozpalanie ognia poprzez gwałtowne sprężanie powietrza w specjalnych urządzeniach.

Obecnie ludzie stale stykają się z procesami spalania. Może to być spalanie gazu w kuchence gazowej, mikrowybuchy paliwa w silnikach samochodów z silnikiem Diesla, systemy grzewcze w domach prywatnych lub działanie elektrociepłowni itp. W wojsku ogień oznacza strzelanie z broni palnej.

Ogień oczami naukowca

Czym jest ogień? Z chemicznego punktu widzenia jest to strefa, w której zachodzi egzotermiczna reakcja utleniania, której czasem towarzyszy piroliza (rozkład termiczny związków organicznych i wielu związków nieorganicznych). Z fizycznego punktu widzenia jest to emisja światła przez ogrzane substancje ze strefy takiej reakcji.

Dlaczego widzimy ogień? Cząsteczki materiałów palnych i produkty spalania świecą, ponieważ mają wysoką temperaturę (zwykle promieniowanie ciała doskonale czarnego). Wysoka temperatura pozwala atomom na pewien czas przejść do wyższych stanów energetycznych, a następnie po powrocie do stanu pierwotnego emitować światło o określonej częstotliwości, która odpowiada strukturze powłok elektronowych danego pierwiastka.

Jaka jest różnica między „ogniem” a „paleniem”? Ogień jest szybką formą spalania, podczas której wydziela się zarówno światło, jak i ciepło. Spalanie- złożony proces fizykochemiczny przekształcania substancji wyjściowych w produkty spalania podczas reakcji egzotermicznych. Do procesu spalania potrzebujesz:

Substancja palna (paliwo);

Utleniacz (najczęściej tlen);

Źródło zapłonu (nie zawsze)

Utleniacz i substancja palna tworzą razem układ palny. Może być jednorodny i niejednorodny:

Jednorodny to układy, w których substancja palna i utleniacz są równomiernie wymieszane ze sobą (mieszaniny gazów palnych, par). Spalanie takich układów nazywa się spalaniem kinetycznym. W pewnych warunkach takie spalanie może mieć charakter eksplozji.

Heterogeniczny- systemy, w których substancja palna i powietrze nie są ze sobą zmieszane i posiadają granice międzyfazowe (materiały stałe palne i nierozpylone ciecze). Podczas spalania niejednorodnych układów palnych tlen z powietrza przenika przez produkty spalania do substancji palnej i reaguje z nią. Ten rodzaj spalania nazywany jest spalaniem dyfuzyjnym. Tlen, chlor, fluor, brom i inne substancje mogą działać jako środek utleniający.

Ogień jest główną (swobodną) fazą spalania, jest to zjawisko fizykochemiczne, co oznacza, że nieuzasadnione jest rozpatrywanie go wyłącznie z punktu widzenia chemii. Z punktu widzenia fizyki ogień- zespół gorących gazów wydzielających się w wyniku:

arbitralne lub mimowolne podgrzewanie paliwa (substancji palnej) do określonej temperatury w obecności utleniacza;

reakcja chemiczna (na przykład eksplozja);

przepływ prądu elektrycznego w ośrodku (łuk elektryczny, spawanie elektryczne)

Fazy spalania

Proces spalania dzieli się na pewne etapy (fazy):

1. Faza początkowa (etap wzrostu),

2. Faza swobodnego spalania (etap w pełni rozwinięty),

3. Faza tlenia (etap rozkładu).

W pierwszej – początkowej – fazie przepływ dostarczanego tlenu wzrasta, następnie zaczyna się zmniejszać. Wytwarza się pewna ilość ciepła, która w procesie spalania wzrasta. Płomień może osiągnąć temperaturę przekraczającą 5370°C, ale temperatura w pomieszczeniu na tym etapie może być niska.

Podczas drugiej fazy swobodnego spalania powietrze bogate w tlen jest wciągane do płomienia, podczas gdy konwekcja przenosi ciepło do górnej warstwy zamkniętej przestrzeni. Gorące gazy przemieszczają się z góry na dół, zmuszając chłodniejsze powietrze do poszukiwania niższych poziomów i ostatecznie zapalają cały materiał palny na górnych poziomach pomieszczenia. Na tym etapie temperatura w górnych warstwach może przekroczyć 7000°C. Ogień w dalszym ciągu zużywa wolny tlen, aż osiągnie punkt, w którym nie ma wystarczającej ilości tlenu, aby zareagować z paliwem. Płomień zredukowany jest do fazy tlącej i do szybkiego zapalenia potrzebny jest jedynie tlen.

W trzeciej fazie płomień może ustać, jeśli przestrzeń spalania jest szczelna. W tym przypadku spalanie ogranicza się do tlącego się żaru. Wydziela się gęsty dym i gazy oraz pojawia się nadciśnienie. Węgle nadal się tlą, pomieszczenie całkowicie wypełni się gęstym dymem i spalinami o temperaturze 5370°C. Intensywne ciepło spowoduje odparowanie lżejszych składników paliwa. , takich jak wodór i metan, z materiałów palnych znajdujących się w pomieszczeniu. Te gazy paliwowe będą łączyć się z pochodnymi pożaru, co jeszcze bardziej zwiększa ryzyko ponownego zapłonu i stwarza możliwość wystąpienia wstecznego ciągu.

Rodzaje spalania

Błysk- jest to szybkie spalanie palnej mieszaniny, któremu nie towarzyszy tworzenie się sprężonych gazów.

Ogień- wystąpienie spalania pod wpływem źródła zapłonu.

Uderzającym przykładem ognia jest „sztuczka” starożytnych indyjskich kapłanów: w starożytnych Indiach podczas odprawiania świętych obrzędów, w półmroku świątyń, tajemnicze czerwone światła nagle rozbłysły i rozproszyły się iskrami, wzbudzając przesądny strach wśród wyznawców. Oczywiście potężny Budda nie miał z tym nic wspólnego, ale jego wierni słudzy, kapłani, straszyli i oszukiwali wierzących za pomocą iskier. Sole strontu, które nadawały płomieniowi czerwoną barwę, mieszano z węglem, siarką i chloranem potasu (sól Bertholleta). W odpowiednim momencie mieszanina została podpalona.

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

Spontaniczne spalanie to zjawisko gwałtownego wzrostu szybkości reakcji egzotermicznych, prowadzące do spalania substancji (materiału, mieszaniny) przy braku źródła zapłonu.

Termiczne samozapłon substancje powstają w wyniku samonagrzewania pod wpływem ukrytego lub zewnętrznego źródła ciepła. Samozapłon jest możliwy tylko wtedy, gdy ilość ciepła wydzielonego w procesie samoutleniania przewyższa ilość ciepła oddawanego do otoczenia.

Przykładem termicznego samozapłonu jest samozapłon lotnych olejków eterycznych podczas upałów. Znana legenda o płonącym krzaku, czyli krzaku Mojżesza, ma całkowicie naukowe wyjaśnienie: naukowcy uważają, że był to krzak diptamu wydzielający olejki eteryczne, które świecą pod wpływem światła słonecznego. Przy spokojnej pogodzie wokół buszu wzrasta stężenie lotnych olejków eterycznych uwalnianych przez roślinę, które zapalają się po osiągnięciu określonej temperatury. Równanie reakcji chemicznej samozapłonu eteru:

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

Termiczne samozapłon wyjaśnia również pojawienie się świateł cmentarnych. Podczas rozkładu pozostałości organicznych wydziela się bezbarwny, trujący gaz fosfina (PH3), który ma właściwość samozapłonu w powietrzu, tj. w obecności tlenu. Jeśli ten gaz wydostanie się z ziemi, wraz z rozkładającymi się w nim pozostałościami organicznymi, następuje samozapłon, powstają małe błyski, którymi duchowni zwykli straszyć przesądnych ludzi. Zjawisko to można zaobserwować jedynie w ciepłym sezonie, gdyż temperatura samozapłonu fosfiny wynosi 38°C. Równanie reakcji chemicznej samozapłonu fosfiny:

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

Do samozapłonu może dojść także pod wpływem żywotnej aktywności mikroorganizmów w masie substancji (materiału, mieszaniny).

Materiały palne mają tendencję do samozapalenia mikrobiologicznego, zwłaszcza zawilgocone, które stanowią pożywkę dla mikroorganizmów, których aktywność życiowa związana jest z wydzielaniem ciepła (torf, trociny). W takim przypadku temperatura samonagrzewania nie przekracza normalnej temperatury otoczenia i może być ujemna.

Dlatego do większości pożarów i eksplozji dochodzi podczas przechowywania produktów rolnych (kiszonki, zwilżonego siana) w windach. Najczęściej stosowaną metodą zapobiegania samozapłonowi i samozapłonowi siana (i podobnych materiałów) jest zapewnienie, że materiały nie zostaną zwilżone podczas przechowywania.

Istnieje różnica pomiędzy procesami spalania i samozapłonu: aby doszło do spalania, konieczne jest wprowadzenie do układu palnego impulsu cieplnego o temperaturze przekraczającej temperaturę samozapłonu substancji.

Temperatura samonagrzewania- minimalna temperatura otoczenia, powyżej której w sprzyjających warunkach możliwy jest rozwój egzotermicznego procesu samonagrzewania, związanego z rozkładem termicznym i utlenianiem określonej objętości (masy) substancji palnej.

Temperatura samozapłonu- jest to najniższa temperatura substancji, w której następuje gwałtowny wzrost szybkości reakcji egzotermicznych, kończący się wystąpieniem płomienistego spalania.

Eksplozja to niezwykle szybka przemiana chemiczna substancji, której towarzyszy szybkie uwolnienie energii cieplnej i utworzenie się sprężonych gazów zdolnych do wytworzenia pracy mechanicznej.

Trudno też wyobrazić sobie współczesny świat bez tego rodzaju spalania, gdyż mechaniczna eksplozja paliwa leży u podstaw działania większości silników samochodowych. Wybuchy na małą skalę są również stosowane w urządzeniach pirotechnicznych. Pirotechnika (starożytna greka πῦρ – ogień, ciepło; τεχνικός – sztuka, umiejętność) to dziedzina technologii związana z technologiami przygotowywania łatwopalnych kompozycji i spalania ich w celu uzyskania określonego efektu. Podzielony na:

wojsko (pistolety sygnałowe, bomby dymne)

specjalistyczne (filmowe efekty specjalne, urządzenia sygnalizacji cywilnej)

rozrywka (wyroby pirotechniczne - petardy, ognie, petardy, fajerwerki.

Produkty spalania

Podczas procesu spalania powstają produkty spalania. Mogą być płynne, stałe i gazowe. Ich skład zależy od składu palącej się substancji i warunków jej spalania. Organiczne i nieorganiczne substancje palne składają się głównie z węgla, tlenu, wodoru, siarki, fosforu i azotu. Spośród nich węgiel, wodór, siarka i fosfor mogą utleniać się w temperaturach spalania i tworzyć produkty spalania: CO, CO 2, SO 2, P 2 O 5. Azot nie utlenia się w temperaturze spalania i jest uwalniany w stanie wolnym, a tlen jest zużywany na utlenianie palnych pierwiastków substancji. Wszystkie te produkty spalania (z wyjątkiem tlenku węgla CO) nie będą mogły się w przyszłości spalić.

Przy niepełnym spalaniu substancji organicznych w warunkach niskich temperatur i braku powietrza powstają bardziej różnorodne produkty - tlenek węgla (II), alkohole, aldehydy, kwasy i inne złożone związki chemiczne. Produkty te wytwarzają gryzący i trujący dym. Ponadto same produkty niepełnego spalania mogą się palić i tworzyć z powietrzem mieszaniny wybuchowe. Do takich wybuchów dochodzi podczas gaszenia pożarów w piwnicach, suszarniach oraz w zamkniętych pomieszczeniach, w których znajduje się duża ilość materiału łatwopalnego.

Kolor płomienia

Zdolność zanieczyszczeń do barwienia płomieni na różne kolory wykorzystywana jest nie tylko w pirotechnice, ale także w chemii analitycznej: analiza pirochemiczna to metoda wykrywania niektórych pierwiastków chemicznych (na przykład w minerałach) na podstawie różnych kolorów płomienia.

Element	Kolor płomienia
	Szmaragdowa zieleń
Kobalt (Co)
Mangan (Mn)	Fioletowo-ametystowy
Żelazo (Fe)	Żółto-brązowy
Nikiel (Ni)	Czerwono-brązowy
Sód (Na)	Pomarańczowy
Wapń (Ca)	Pąsowy

Palnik gazowy pali się niebieskim płomieniem ze względu na obecność tlenku węgla (CO). Żółto-pomarańczowy płomień zapałki wynika z obecności soli sodowych w drewnie. Żółto-pomarańczową barwę wierzchołka płomienia w normalnych warunkach można wytłumaczyć blaskiem cząstek sadzy unoszonych w górę przez strumień gorącego powietrza.

Wniosek

W wyniku pracy nad tematem zrealizowano postawione zadania: zbadano źródła literackie i zasoby internetowe dotyczące historii panowania nad ogniem i procesami spalania; wybrano eksperymenty laboratoryjne związane z procesami spalania oraz instrukcje ich realizacji.

Cel pracy został osiągnięty. Tak pozornie znane współczesnemu człowiekowi zjawisko, jak spalanie, jest bardzo złożonym procesem fizycznym i chemicznym. To pierwsza reakcja chemiczna, z którą zapoznał się człowiek! Proces ten odgrywa bardzo ważną rolę w naszym życiu, choć czasami stwarza ogromne zagrożenie.

Ciekawostki i eksperymenty laboratoryjne przedstawione w pracy można wykorzystać w celach demonstracyjnych w placówkach edukacyjnych, aby zapoznać uczniów z tak niesamowitym tematem, jak ogień.

Część praktyczna

Doświadczenie nr 1. „Knot chemiczny”.

Tę metodę zdalnego zapalania zapalników bombowych stosowano już pod koniec XIX wieku. Opiera się na zdolności gliceryny do zapalenia się w wyniku reakcji z silnym środkiem utleniającym (nadmanganianem potasu).

Cel eksperymentu: upewnienie się, że ogień może „zrodzić się” nie tylko z iskry, ale także po prostu z wymieszania pewnych substancji, które indywidualnie są całkowicie nieszkodliwe.

Odczynniki i wyposażenie: bibuła, krystaliczny nadmanganian potasu, gliceryna bezwodna, pipeta.

Postęp prac i obserwacje: na zmiętą kartkę papieru nalej niewielką ilość nadmanganianu potasu, upuść 3-5 kropli gliceryny; Nad mieszanką pojawi się dym, a po pewnym czasie (5-15 sekund) mieszanina i zmięta kartka rozświetlą się.

Doświadczenie nr 2. „Małe fajerwerki”.

Odczynniki i sprzęt: sproszkowany węgiel drzewny, krystaliczny nadmanganian potasu, opiłki żelaza, kartka papieru, tygiel, szczypce do tygli, paliwo suche.

Postęp prac i obserwacje: na kartkę papieru wysypujemy trzy małe, jednakowe kupki drobno pokruszonych proszków: nadmanganianu potasu, opiłek żelaza i węgla. Następnie złóż kartkę papieru na pół, tak aby proszki zebrały się w jeden stos. Faktem jest, że podczas pocierania nadmanganianu potasu opiłkami żelaza mieszanina może wybuchnąć. Wlać powstałą mieszaninę do tygla. Doprowadzamy go do płomienia suchego paliwa i czekamy kilka sekund. Gdy mieszanina się nagrzeje, zacznie błyszczeć jak brylant.

Doświadczenie nr 3. „Nieugaszony magnez”.

Magnez jest jedną z niewielu substancji, których nie można ugasić wodą.

Odczynniki i sprzęt: magnez, woda, szkło, łyżka z długą rączką, lampa alkoholowa.

Postęp prac i obserwacje: Zapal w łyżce niewielką ilość magnezu od płomienia lampki alkoholowej. Do szklanki z wodą umieszczamy płonący magnez i obserwujemy, że nie gaśnie, lecz pali się dalej, pozostając na powierzchni wody.

Eksperyment nr 4 „Wąż faraona z glukonianu wapnia”.

Węże faraona to szereg reakcji, którym towarzyszy tworzenie się porowatego produktu z małej objętości reagujących substancji. Reakcjom tym towarzyszy szybkie wydzielanie gazu.

Cel doświadczenia: obserwacja termicznego rozkładu glukonianu wapnia.

Odczynniki i sprzęt: tabletki glukonianu wapnia, suche paliwo, pęseta.

Postęp prac i obserwacje: na zapaloną tabletkę suchego paliwa za pomocą pęsety nałóż 1-2 tabletki glukonianu wapnia. Glukonian wapnia znacznie zwiększy swoją objętość, przybierze kształt „robaka” i „wypełzi” z płomienia. Powstały „wąż” jest bardzo delikatny i rozpadnie się przy pierwszym dotknięciu.

Doświadczenie nr 5. „Żmija sodowa”

Cel doświadczenia: obserwacja rozkładu termicznego mieszaniny sody i cukru pudru.

Odczynniki i sprzęt: piasek, soda, cukier puder, alkohol.

Postęp pracy i obserwacje: wsypać odrobinę piasku (4-5 łyżek stołowych), na szczycie powstałej „piramidy” zrobić niewielkie wgłębienie. Wlej do tego wgłębienia mieszaninę równych ilości sody oczyszczonej i cukru pudru. Całość zalewamy alkoholem i podpalamy. Najpierw obserwujemy powstawanie małych ciemnych bąbelków, a następnie pojawienie się samej „żmii sodowej”. Podobnie jak w poprzednim eksperymencie, wąż faraona stopniowo powiększa się.

Doświadczenie nr 6. „Wybuch mieszaniny gazów”.

Cel doświadczenia: obserwacja wybuchu mieszaniny powietrza i gazu palnego.

Odczynniki i sprzęt: cynk, kwas solny, urządzenie do wytwarzania gazów, szklanka wody, płyn do mycia naczyń, zapalona drzazga.

Postęp prac i obserwacje: do szklanki wody wsypać odrobinę detergentu, wymieszać do powstania lekkiej piany. W urządzeniu do wytwarzania gazów mieszamy cynk i kwas solny, a rurkę wylotową gazu kierujemy do szklanki z wodą i detergentem. Kiedy cynk reaguje z kwasem solnym, wydziela się wodór, który tworzy pianę w szkle. Kiedy jest wystarczająco dużo

pianę, wyjmij rurkę wylotową gazu, przyłóż płonącą drzazgę do piany i zaobserwuj małą eksplozję.

Doświadczenie nr 7. „Kolorowy płomień”

Odczynniki i sprzęt: chlorek miedzi, siarczan miedzi (II), sól kuchenna, fluorek wapnia, chlorek amonu, woda, lampa alkoholowa, pętla z drutu nichromowego.

Postęp prac i obserwacje: z każdym z odczynników zmieszać chlorek amonu w stosunku 1:1, rozcieńczyć wodą i powstałą zawiesinę wymieszać. Następnie zaczepiamy niewielką ilość każdej substancji o pętlę z drutu nichromowego i dodajemy ją do płomienia palnika, obserwując reakcję barwiącą płomienia. Rezultat był następujący: pierwotny płomień był przezroczysty, z niebieskawym odcieniem; chlorek sodu (sól kuchenna) zabarwił płomień na żółto; siarczan miedzi (II) - siarczan miedzi - zielony; chlorek miedzi nadał mu jasnoniebieski kolor, a fluorek wapnia nadał płomieniowi ledwo zauważalny czerwony odcień.

Referencje

1. Kendivan, O.D.-S. Cud oczami chemika / O.D.-S. Kendivan //Chemia. Magazyn edukacyjno-metodyczny dla nauczycieli chemii i nauk przyrodniczych nr 5-6 wyd. Pierwszy września – Moskwa, 2014. – s. 45-52

2. Krasitsky, V.A. Ogień sztuczny: historia i nowoczesność / V.A. Krasitsky // Chemia. Magazyn edukacyjno-metodyczny dla nauczycieli chemii i nauk przyrodniczych nr 1 wyd. Pierwszy września – Moskwa, 2014. – s. 4-8

3. Nieznany. Chemia analityczna. Półmikroanaliza [Zasoby elektroniczne] / Nieznane // Chemia analityczna - Tryb dostępu: http://analit-himiya.ucoz.com/index/0-13

4. Nieznany. Spalanie [Zasoby elektroniczne]/ Nieznane // Wolna encyklopedia Wikipedia - Tryb dostępu: https://ru.wikipedia.org/wiki/Combustion

5. Poltev, M.K. Rozdział X. Bezpieczeństwo przeciwpożarowe. §1. Procesy spalania / M.K. Poltev // Bezpieczeństwo pracy w budowie maszyn, wyd. „Szkoła Wyższa” – Moskwa, 1980.

6. Ryumin, V.V. Spalanie bez powietrza / V.V. Ryumin // Zabawna chemia, wyd. 7. Młoda Gwardia. - Moskwa, 1936. - s. 58-59

7. Ryumin, V.V. Samozapłon / V.V. Ryumin // Zabawna chemia, wyd. 7. Młoda Gwardia. - Moskwa, 1936. - s. 59

8. Stepin, B. D.; Alikberova, L.Yu. Spektakularne eksperymenty / B.D. Stepin, L. Yu. Alikberova // Zabawne zadania i spektakularne eksperymenty chemiczne, wyd. Drop – Moskwa, 2006. – S.

– długotrwała reakcja łańcuchowa obejmująca spalanie, która jest reakcją egzotermiczną, podczas której utleniacz, zwykle tlen, utlenia paliwo, zwykle węgiel, wytwarzając produkty spalania, takie jak dwutlenek węgla, woda, ciepło i światło. Typowym przykładem jest spalanie metanu:

CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O

Ciepło powstałe w wyniku spalania można wykorzystać do zasilania samego spalania, a gdy jest ono wystarczające i do podtrzymania spalania nie jest wymagana żadna dodatkowa energia, następuje pożar. Aby zatrzymać ogień, możesz usunąć paliwo (wyłączyć palnik na kuchence), utleniacz (przykryć ogień specjalnym materiałem), ciepło (spryskać ogień wodą) lub samą reakcję.

Spalanie jest w pewnym sensie przeciwieństwem fotosyntezy, reakcji endotermicznej, podczas której światło, woda i dwutlenek węgla przedostają się, tworząc węgiel.

Kuszące jest założenie, że spalanie drewna powoduje zużycie węgla zawartego w celulozie. Wydaje się jednak, że dzieje się coś bardziej złożonego. Drewno poddane działaniu ciepła ulega pirolizie (w przeciwieństwie do spalania, które nie wymaga tlenu), przekształcając je w substancje bardziej łatwopalne, np. gazy, i to właśnie te substancje zapalają się w pożarach.

Jeśli drewno pali się wystarczająco długo, płomień zniknie, ale tlenie będzie kontynuowane, a zwłaszcza drewno będzie nadal się świecić. Tlenie to niepełne spalanie, które w odróżnieniu od spalania całkowitego powoduje powstawanie tlenku węgla.

Przedmioty codziennego użytku stale emitują ciepło, głównie w zakresie podczerwieni. Jego długość fali jest dłuższa niż światło widzialne, dlatego nie można go zobaczyć bez specjalnych kamer. Ogień jest wystarczająco jasny, aby wytworzyć światło widzialne, chociaż wytwarza również promieniowanie podczerwone.

Innym mechanizmem pojawiania się koloru w ogniu jest widmo emisyjne spalanego obiektu. W przeciwieństwie do promieniowania ciała doskonale czarnego, widmo promieniowania ma dyskretne częstotliwości. Dzieje się tak dlatego, że elektrony generują fotony o określonych częstotliwościach, przechodząc ze stanu o wysokiej energii do stanu o niskiej energii. Częstotliwości te można wykorzystać do określenia pierwiastków obecnych w próbce. Podobny pomysł (wykorzystując widmo absorpcyjne) wykorzystuje się do określania składu gwiazd. Widmo emisji jest również odpowiedzialne za kolor fajerwerków i kolorowych świateł.

Kształt płomienia na Ziemi zależy od grawitacji. Kiedy ogień ogrzewa otaczające powietrze, następuje konwekcja: gorące powietrze, zawierające między innymi gorący popiół, unosi się, a zimne powietrze (zawierające tlen) opada, podtrzymując ogień i nadając płomieniowi kształt. Przy niskiej grawitacji, na przykład na stacji kosmicznej, tak się nie dzieje. Ogień jest podsycany przez dyfuzję tlenu, więc pali się wolniej i w formie kuli (ponieważ spalanie następuje tylko wtedy, gdy ogień wchodzi w kontakt z powietrzem zawierającym tlen. Wewnątrz kuli nie ma już tlenu).

Promieniowanie ciała doskonale czarnego

Promieniowanie ciała doskonale czarnego opisuje wzór Plancka, który nawiązuje do mechaniki kwantowej. Historycznie rzecz biorąc, było to jedno z pierwszych zastosowań mechaniki kwantowej. Można to wyprowadzić z kwantowej mechaniki statystycznej w następujący sposób.

Obliczamy rozkład częstotliwości w gazie fotonowym o temperaturze T. To, że pokrywa się on z rozkładem częstotliwości fotonów emitowanych przez ciało doskonale czarne o tej samej temperaturze, wynika z prawa promieniowania Kirchhoffa. Pomysł jest taki, że ciało doskonale czarne można doprowadzić do równowagi temperaturowej z gazem fotonowym (ponieważ mają one tę samą temperaturę). Gaz fotoniczny jest pochłaniany przez ciało doskonale czarne, które również emituje fotony, dlatego dla równowagi konieczne jest, aby dla każdej częstotliwości, przy której ciało czarne emituje promieniowanie, absorbowało je z tą samą szybkością, co wyznacza rozkład częstotliwości w gaz.

W mechanice statystycznej prawdopodobieństwo, że układ znajduje się w mikrostanie s, jeśli znajduje się w równowadze termicznej w temperaturze T, jest proporcjonalne

Gdzie E s to energia stanu s, a β = 1 / k B T, czyli termodynamiczna beta (T to temperatura, k B to stała Boltzmanna). To jest rozkład Boltzmanna. Jedno z wyjaśnień można znaleźć w poście na blogu Terence’a Tao. Oznacza to, że prawdopodobieństwo jest równe

P s = (1/Z(β)) * e - β E s

Gdzie Z(β) jest stałą normalizującą

Z(β) = ∑ s e - β E s

Aby opisać stan gazu fotonowego, trzeba wiedzieć coś o kwantowym zachowaniu fotonów. W standardowej kwantyzacji pola elektromagnetycznego pole można postrzegać jako zbiór kwantowych oscylacji harmonicznych, z których każda oscyluje z różnymi częstotliwościami kątowymi ω. Energie stanów własnych oscylatora harmonicznego są oznaczone nieujemną liczbą całkowitą n ∈ ℤ ≥ 0, którą można zinterpretować jako liczbę fotonów o częstotliwości ω. Energie stanu własnego (do stałej):

Z kolei kwantowa stała normalizująca przewiduje, że przy niskich częstotliwościach (w odniesieniu do temperatury) klasyczna odpowiedź jest w przybliżeniu poprawna, ale przy wysokich częstotliwościach średnia energia spada wykładniczo, przy czym spadek jest większy w niższych temperaturach. Dzieje się tak, ponieważ przy wysokich częstotliwościach i niskich temperaturach kwantowy oscylator harmoniczny spędza większość czasu w stanie podstawowym i nie przechodzi tak łatwo do następnego poziomu, co jest wykładniczo mniej prawdopodobne. Fizycy twierdzą, że większość tego stopnia swobody (swoboda oscylacji oscylatora z określoną częstotliwością) jest „zamrożona”.

Gęstość stanów i wzór Plancka

Teraz, wiedząc, co dzieje się przy określonej częstotliwości ω, konieczne jest zsumowanie wszystkich możliwych częstotliwości. Ta część obliczeń jest klasyczna i nie wymaga wprowadzania poprawek kwantowych.

Stosujemy standardowe uproszczenie, że gaz fotonowy zamyka się w objętości o boku długości L z okresowymi warunkami brzegowymi (czyli w rzeczywistości będzie to płaski torus T = ℝ 3 / L ℤ 3). Możliwe częstotliwości są klasyfikowane według rozwiązań równania fali elektromagnetycznej dla fal stojących w objętości o określonych warunkach brzegowych, które z kolei odpowiadają, aż do współczynnika, wartościom własnym Laplaciana Δ. Dokładniej, jeśli Δ υ = λ υ, gdzie υ(x) jest funkcją gładką T → ℝ, to odpowiednim rozwiązaniem równania fali elektromagnetycznej dla fali stojącej będzie

υ(t, x) = e do √λ t υ(x)

A zatem, biorąc pod uwagę, że λ jest zwykle ujemne, a zatem √λ jest zwykle urojone, odpowiednia częstotliwość będzie równa

ω = do √(-λ)

Częstotliwość ta występuje słabo V λ razy, gdzie V λ jest wartością własną λ Laplaciana.

Upraszczamy warunki za pomocą objętości z okresowymi warunkami brzegowymi, ponieważ w tym przypadku bardzo łatwo jest zapisać wszystkie funkcje własne Laplaciana. Jeśli dla uproszczenia użyjemy liczb zespolonych, definiuje się je jako

υ k (x) = e ja k x

Gdzie k = (k 1, k 2, k 3) ∈ 2 π / L * ℤ 3, wektor falowy. Odpowiednia wartość własna Laplaciana będzie wynosić

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

Odpowiednia częstotliwość będzie

I odpowiednia energia (jeden foton o tej częstotliwości)

mi k = ℏ ω k = ℏ do |k|

Tutaj aproksymujemy rozkład prawdopodobieństwa po możliwych częstotliwościach ω k, które ściśle rzecz biorąc są dyskretne, za pomocą ciągłego rozkładu prawdopodobieństwa i obliczamy odpowiednią gęstość stanów g(ω). Pomysł jest taki, że g(ω) dω powinno odpowiadać liczbie dostępnych stanów o częstotliwościach z zakresu od ω do ω + dω. Następnie całkujemy gęstość stanów, aby otrzymać ostateczną stałą normalizującą.

Dlaczego to przybliżenie jest rozsądne? Pełną stałą normalizacyjną można opisać w następujący sposób. Dla każdej liczby falowej k ∈ 2 π / L * ℤ 3 istnieje liczba n k ∈ ℤ ≥0 opisująca liczbę fotonów o tej liczbie falowej. Całkowita liczba fotonów n = ∑ n k jest skończona. Każdy foton dodaje do energii ℏ ω k = ℏ c |k|, co oznacza, że

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

Dlatego dla wszystkich liczb falowych k ich logarytm zapisuje się jako sumę

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

I chcemy przybliżyć tę sumę całką. Okazuje się, że dla rozsądnych temperatur i dużych objętości całka zmienia się wraz z k, więc to przybliżenie będzie bardzo bliskie. Przestaje działać dopiero w bardzo niskich temperaturach, gdzie występuje kondensat Bosego-Einsteina.

Gęstość stanów oblicza się w następujący sposób. Wektory falowe można przedstawić jako jednolite punkty siatki żyjące w „przestrzeni fazowej”, to znaczy liczba wektorów falowych w pewnym obszarze przestrzeni fazowej jest proporcjonalna do jego objętości, przynajmniej dla obszarów dużych w porównaniu do odstępu sieci 2π/L . Zasadniczo liczba wektorów falowych w obszarze przestrzeni fazowej jest równa V/8π 3, gdzie V = L 3, czyli nasza ograniczona objętość.

Pozostaje obliczyć objętość obszaru przestrzeni fazowej dla wszystkich wektorów falowych k o częstotliwościach ω k = c |k| w zakresie od ω do ω + dω. Jest to kulista powłoka o grubości dω/c i promieniu ω/c, a więc jej objętość

2πω 2 /c 3 dω

Dlatego gęstość stanów dla fotonu

G(ω) dω = V ω 2 / 2 π 2 do 3 dω

W rzeczywistości wzór ten jest dwa razy niższy: zapomnieliśmy uwzględnić polaryzację fotonów (lub równoważnie spin fotonu), która podwaja liczbę stanów dla danej liczby falowej. Prawidłowa gęstość:

G(ω) dω = V ω 2 / π 2 do 3 dω

To, że gęstość stanów jest liniowa w objętości V, działa nie tylko w płaskim torusie. Jest to właściwość wartości własnych Laplaciana zgodnie z prawem Weyla. Oznacza to, że logarytm stałej normalizującej

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

Pochodna względem β daje średnią energię gazu fotonowego

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

Ale dla nas ważna jest całka, która daje „gęstość energii”

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

Opisywanie ilości energii gazu fotonowego pochodzącej od fotonów o częstotliwościach z zakresu ω do ω + dω. Efektem końcowym jest forma wzoru Plancka, chociaż trzeba trochę pokombinować, aby przekształcić go we wzór odnoszący się do ciał doskonale czarnych, a nie do gazów fotonicznych (trzeba podzielić przez V, aby otrzymać gęstość na jednostkę objętości, i wykonać kilka więcej rzeczy, aby zmierzyć promieniowanie).

Wzór Plancka ma dwa ograniczenia. W przypadku, gdy βℏω → 0, mianownik dąży do βℏω i otrzymujemy

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

Tagi:

ogień
fizyka kwantowa

Dodaj tagi

Wstęp

Trafność tematu. Bez ognia życie na Ziemi jest niemożliwe. Ogień widzimy na co dzień – piec, ogień, piec itp. Jest wszędzie – w domach i szkołach, w fabrykach i fabrykach, w silnikach statków kosmicznych. Na Placu Chwały płonie Wieczny Płomień, w kościołach zawsze płoną znicze...

Przez całe lato w telewizji pokazywano pożary lasów. Duża ilość drzew, które dostarczały nam powietrza, spłonęła bezpowrotnie. Mogą stać się ciekawymi książkami i zeszytami szkolnymi. Zwierzęta umarły. Spłonęły całe wsie, ludzie zostali bez domów.

Ten ogień jest ciekawy i tajemniczy!

Napisano sporo książek dla dzieci na temat pożarów i środków bezpieczeństwa, w tym dzieła literackie („Wujek Stepa” S. Michałkowa, „Zamieszanie” K. Czukowskiego, „Koci dom” S. Marshaka itp.). Jednak takie źródła, które szczegółowo opisują zarówno właściwości ognia, jak i jego zalety, są rzadkie. Nasza praca jest próbą wypełnienia takiej luki.

Cel pracy: Badanie znaczenia ognia dla człowieka.

Zadania. W tej pracy badamy właściwości ognia i odpowiadamy na pytanie: Czym jest ogień? Rozumiemy również, w jaki sposób ludzie korzystają z tych właściwości. Jak i dlaczego ogień może pomagać i szkodzić ludziom? (Załącznik 1).

Korzystaliśmy z literatury przedmiotu: słownika, encyklopedii, niektórych książek dla dorosłych oraz informacji z Internetu.

1. Czym jest ogień? Podstawowe właściwości ognia

Encyklopedia dla dzieci podaje następującą definicję ognia i spalania: „jest to reakcja chemiczna, podczas której jedna z substancji nagrzewa się do tego stopnia, że łączy się z tlenem z powietrza”.

W słowniku objaśniającym języka rosyjskiego czytamy: „Ogień spala świecące gazy o wysokiej temperaturze”. Po zapoznaniu się z tymi informacjami autor tej pracy nadal nie rozumiał, czym jest ogień i postanowił nadać mu definicję zrozumiałą dla uczniów szkół podstawowych. Aby to zrobić, musisz określić jego główne właściwości.

Podstawowe właściwości ognia badamy metodami doświadczalnymi (eksperymentami) i obserwacją. Przeprowadźmy kilka eksperymentów.

Notatka. Wszystkie doświadczenia przeprowadzono w obecności i przy pomocy osób dorosłych, zachowując zasady bezpieczeństwa: wykorzystano niepalną powierzchnię (tablicę szklaną) i przygotowano dzbanek z wodą.

Opis eksperymentów:

Eksperyment nr 1. W nocy w pokoju gaszono światło. Zrobiło się ciemno, nic nie było widać. Zapalili świecę, zarysy przedmiotów i ludzi stały się widoczne.

Nawet mały płomień świecy może oświetlić pomieszczenie. Dlatego mama zawsze ma pod ręką świece – na wypadek przerwy w dostawie prądu.

Eksperyment nr 2. Bardzo ostrożnie spróbuj zbliżyć rękę do płomienia świecy. W odległości 20 cm robi się bardzo ciepło, poniżej - ze względu na pieczenie nie można opuścić ręki.

Wniosek: Właściwość 2: Ogień wytwarza dużo ciepła! (Patrz: Aneks, slajd 5).

Eksperyment nr 3. Przykryj płonącą świecę szklanym słojem. Po kilku sekundach płomień gaśnie. To samo dzieje się z palnikiem gazowym. Dla wiarygodności eksperyment powtórzyliśmy 3 razy. Rezultat jest zawsze taki sam – płomień przestaje się palić.

Wniosek: Trzecia właściwość: aby ogień mógł się zapalić, potrzebuje powietrza, a raczej zawartego w nim tlenu. (Patrz: Aneks, slajd 6).

Poznaliśmy więc główne właściwości ognia i możemy już odpowiedzieć na pytanie: czym jest ogień?

Ogień to proces, podczas którego zużywany jest tlen oraz uwalniane jest światło i ciepło.

Kontynuujmy badanie właściwości ognia.

1) Obserwuj płomień świecy. Kształt spokojnego płomienia, skierowanego ku górze, przypomina stożek. Jeśli powoli dmuchasz na płomień świecy, kształt się zmienia, odbiega od przepływu powietrza. To samo dzieje się, jeśli przystawisz świecę do lekko uchylonego okna.

Wniosek: kształt płomienia można zmieniać za pomocą przepływu powietrza. Ta właściwość jest wykorzystywana podczas rozpalania ognia. (Patrz: Aneks, slajdy 9,10,11).

2) Weź pod uwagę kolor płomienia. Kolor nie wszędzie jest taki sam, płomień ma warstwy: najniższa warstwa jest niebieskawa, następnie jasnożółta, a na końcu czerwonawo-pomarańczowa. (Patrz: Aneks, slajd 13).

Ale nie chodzi tylko o kolor.

Zauważyliśmy, że gaz w kuchni zawsze pali się na niebiesko, a drewno zawsze pali się na żółto-pomarańczowo. Obserwując spalanie cienkiego miedzianego drutu z przewodu elektrycznego, odkryliśmy, że płomień zmienił kolor na zielony. (Patrz: Aneks, slajdy 14, 17, 18, 19).

Wnioski: 1. Różne substancje i materiały spalają się różnymi barwami płomienia. W ten sposób powstają takie piękne fajerwerki! 2. Oznacza to, że nieznaną substancję można rozpoznać po kolorze płomienia, wystarczy ją podpalić (jako jedna z metod).

Doświadczenie nr 5. Temperatura płomienia. Weźmy ten sam cienki drut miedziany. Końcówkę takiego drutu, trzymając go nad płomieniem, umieszczamy w różnych miejscach i na różnych wysokościach płomienia i obserwujemy wpływ płomienia na drut. Obserwacje ujawniają, co następuje:

W dolnej części płomienia drut nie żarzy się, nie pali, jest jedynie pokryty czarną powłoką.
W środkowej części drut świeci na czerwono i zaczyna świecić na czerwono.
Drut zapala się na samej górze płomienia, nadając płomieniowi zielonkawy odcień.

Oznacza to, że temperatura w różnych warstwach płomienia jest różna. Potwierdza to doświadczenie zbliżenia ręki do płomienia. Pamiętamy, że rękę można podnieść jedynie na 20 cm od góry. Jeśli dotkniemy palcem dna płomienia, ciepło będzie odczuwalne jedynie w odległości 1 cm.

Wniosek: płomień ma kilka warstw, które różnią się nie tylko kolorem, ale także temperaturą. Płomień jest najzimniejszy na dole i najgorętszy na górze. (Patrz: Aneks, slajd 20).

2. Znaczenie ognia: korzyści i szkody

W wyniku naszych eksperymentów, własnych obserwacji, a także z przeczytanego materiału, utwierdziliśmy się w przekonaniu, że ludzie nieustannie wykorzystują w swoim życiu ogień, który przynosi im bardzo duże korzyści.

Na co dzień: do ogrzewania pomieszczeń, gotowania, podgrzewania wody, oświetlenia – jeśli nie działa prąd. Ogień służy także wygodzie. Na przykład kominek lub świece zapachowe.
Jak się okazuje, dobroczynne właściwości ognia wykorzystywane są w wielu zakładach i fabrykach. Ogień topi metal, po czym nadaje mu pewien kształt. Metal służy również do cięcia metalu lub odwrotnie, do jego spawania. Dlatego wykorzystuje się go na przykład do wykonywania różnych maszyn i mechanizmów.

Ogień wykorzystuje się także do:

Wyrób szkła i ceramiki.
Produkcja tworzyw sztucznych, farb.
Wytwarzanie leków.
Recykling odpadów.

A to nie jest cała lista „dobrych” uczynków ognia.

Wniosek: Ludzie naprawdę potrzebują ognia. Ogrzewa, karmi i oświetla. Współczesny człowiek nieustannie posługuje się ogniem. Nie sposób wyobrazić sobie życia bez ognia.

Ale ogień jest bardzo niebezpieczny! Zawsze trzeba to kontrolować. Jest w stanie wyrządzić wiele zła. Mówimy o pożarach. Ogień ma miejsce wtedy, gdy ogień płonie bez pragnienia człowieka i niszczy wszystko.

Pożary wyrządzają ogromne szkody naszemu państwu i ludności. Ogień to bardzo straszne, okrutne zjawisko, wrogie wszystkim żywym istotom. (Patrz: Aneks, slajd 26).

Ogień jest szkodliwy, ponieważ: ludzie umierają w wyniku pożarów i ulegają poważnym poparzeniom, ludzie tracą domy, lasy znikają z pożarów, a wszyscy ich mieszkańcy umierają: zwierzęta, ptaki, ogień może zniszczyć wszystko, co człowiek stworzył swoją pracą.

Trochę statystyk. Wyobraź sobie, że każdego roku na świecie dochodzi do około 5 milionów pożarów! Co godzinę w pożarze ginie jedna osoba, dwie są ranne lub poparzone. Co trzecia zabita osoba to dziecko.

Jak powstają? Z powodu nieostrożnego obchodzenia się z ogniem, nieuczciwego podejścia do środków bezpieczeństwa.

Napisano wiele książek o pożarach i problemach, jakie niesie ze sobą ogień. W tym dziecięce. Dlaczego napisano tak wiele książek o pożarach dla dzieci? Uważamy, że tak, ponieważ bardzo często do pożarów dochodzi z winy dzieci.

Wszystkim chłopakom przypominamy:

Nigdy nie igraj z ogniem!

Ogień można rozpalać wyłącznie w obecności osób dorosłych i pod ich nadzorem.

W miejscach, w których wybucha pożar lub w inny sposób wykorzystuje się ogień, należy mieć pod ręką środki gaśnicze.

Ognia nie należy pozostawiać bez nadzoru.

Kiedy ogień nie jest już potrzebny, należy go dobrze ugasić.

Wniosek

Tym samym w wyniku naszej pracy podaliśmy zrozumiałą dla dzieci definicję ognia: „Ogień to proces, podczas którego pochłaniany jest tlen, a wydzielane jest światło i ciepło”.

Odkryli również: Płomień ma określony kształt, kilka warstw, które różnią się nie tylko kolorem, ale także temperaturą. W takim przypadku kształt płomienia można zmienić za pomocą przepływu powietrza. Znajomość tych właściwości pomaga ludziom efektywniej wykorzystywać ogień.

Różne substancje i materiały palą się płomieniami o różnych kolorach. Oznacza to, że można określić jakąś substancję po kolorze płomienia, wystarczy ją podpalić (jako jedna z metod).

Ogólnie rzecz biorąc, ludzie naprawdę potrzebują ognia; ogrzewa, karmi i oświetla. Współczesny człowiek nieustannie posługuje się ogniem. Nie sposób wyobrazić sobie życia bez ognia.

Ale ogień jest bardzo niebezpieczny! Należy go zawsze nadzorować i nie pozostawiać bez nadzoru. Jest w stanie wyrządzić wiele zła. Ogień to bardzo straszne, okrutne zjawisko, wrogie wszystkim żywym istotom.

Oczywiście nie zbadaliśmy wszystkiego na temat tak niesamowitego zjawiska jak ogień. Dlatego w przyszłości można zadać następujące pytania: jak ludzie nauczyli się rozpalać ogień, jakie były pierwsze metody? Jakie substancje się nie palą i dlaczego? Jak wykonywać sztuczki z ogniem? Ciekawy jest także temat „Ogień i broń”.

Wyniki tej pracy można wykorzystać jako materiał pomocniczy na zajęciach o otaczającym nas świecie (świecie wokół nas) w przedszkolu i szkole podstawowej. Dla dzieci zainteresowanych ogniem taki materiał będzie przydatny, ponieważ jest wizualny i dość prosty.

Spis źródeł i literatury

John Farndon, Ian James, Ginny Johnson, Angela Royston itp. Encyklopedia „Pytania i odpowiedzi”.
Tłumaczenie z języka angielskiego: E. Kulikova, D. Belenkaya i inni. Atticus Publishing Group LLC, 2008. 255 s.
Kaydanova O.V (kompilator) Fire and Man.
Moskwa, 1912. 98 s.
Ożegow S.I. Słownik języka rosyjskiego: M.: Rus. lang., 1984. 797 s.

Żywioł ognia. http://salamand.ru/sootvetstviya-stixii-ognya

Statystyki rosyjskie. http://www.statp.ru

CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O

Promieniowanie ciała doskonale czarnego

W mechanice statystycznej prawdopodobieństwo, że układ znajduje się w mikrostanie s, jeśli znajduje się w równowadze termicznej w temperaturze T, jest proporcjonalne

P s = (1/Z(β)) * e - β E s

Gdzie Z(β) jest stałą normalizującą

Z(β) = ∑ s e - β E s

Gęstość stanów i wzór Plancka

υ(t, x) = e do √λ t υ(x)

A zatem, biorąc pod uwagę, że λ jest zwykle ujemne, a zatem √λ jest zwykle urojone, odpowiednia częstotliwość będzie równa

ω = do √(-λ)

Częstotliwość ta występuje słabo V λ razy, gdzie V λ jest wartością własną λ Laplaciana.

υ k (x) = e ja k x

Gdzie k = (k 1, k 2, k 3) ∈ 2 π / L * ℤ 3, wektor falowy. Odpowiednia wartość własna Laplaciana będzie wynosić

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

Odpowiednia częstotliwość będzie

I odpowiednia energia (jeden foton o tej częstotliwości)

mi k = ℏ ω k = ℏ do |k|

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

Dlatego dla wszystkich liczb falowych k ich logarytm zapisuje się jako sumę

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

2πω 2 /c 3 dω

Dlatego gęstość stanów dla fotonu

G(ω) dω = V ω 2 / 2 π 2 do 3 dω

G(ω) dω = V ω 2 / π 2 do 3 dω

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

Pochodna względem β daje średnią energię gazu fotonowego

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

Ale dla nas ważna jest całka, która daje „gęstość energii”

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

Wzór Plancka ma dwa ograniczenia. W przypadku, gdy βℏω → 0, mianownik dąży do βℏω i otrzymujemy

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

Tagi: Dodaj tagi

Po przeprowadzeniu tego prostego eksperymentu przekonasz się, że bez tlenu płomień gaśnie. Weź świecę i umieść ją na talerzu. Poproś osobę dorosłą o zapalenie świecy, a następnie przykryj ją szklanym słojem. Po chwili zobaczysz, że płomień zgasł, bo w słoiku skończył się tlen.

Płomień powstaje podczas spalania substancji w różnych stanach - mogą one być stałe, ciekłe, a nawet gazowe. Płomień powstaje tylko w obecności substancji łatwopalnej, tlenu i ciepła. Rozważmy ten proces na przykładzie zapałki: siarka i sama zapałka są substancją łatwopalną, trącą o pudełko; energia powstająca w wyniku tarcia zamienia się w ciepło, a gdy reaguje z tlenem, zapałka zaczyna się palić. Dmuchając na płonącą zapałkę, temperatura spada i spalanie zatrzymuje się.

Jak mierzy się temperaturę?

Do pomiaru temperatury stosuje się różne skale. Każda skala nosi imię swojego twórcy: stopnie Celsjusza, Fahrenheita, Kelvina i Rankine’a. W większości krajów stosowana jest skala Celsjusza (°C).
Oto kilka przykładowych temperatur:
250°C – temperatura zapłonu drewna;
100°C to temperatura wrzenia wody;
37°C – temperatura ciała człowieka;
O °C - temperatura zamarzania wody;
- 39°C – temperatura krzepnięcia rtęci;
- 273°C - zero absolutne, temperatura, w której atomy przestają się poruszać.

Produkty spalania

Dym, popiół i sadza są produktami spalania. Kiedy substancja się pali, nie znika, ale zamienia się w inne substancje i ciepło.

Kształt płomienia

Płomień ma wydłużony kształt, ponieważ gorące powietrze, lżejsze od zimnego, pędzi w górę.

Co to jest paliwo lub paliwo?

Substancje, które spalają się w obecności tlenu, wydzielając dużą ilość ciepła, nazywane są palnymi i służą do wytwarzania różnego rodzaju energii. Drewno i węgiel to paliwa stałe. Benzyna, olej napędowy i nafta to paliwa płynne otrzymywane z ropy naftowej. Gaz ziemny, składający się z metanu, etanu, propanu i butanu, jest paliwem gazowym.

Sekcje