چرا آتش داغ است؟ بررسی انرژی حرارتی و واکنش احتراق

آتش گرم است زیرا انرژی گرمایی (حرارت) در حین شکستن و تشکیل پیوندهای شیمیایی در واکنش احتراق آزاد می شود. احتراق سوخت و اکسیژن را به دی اکسید کربن و آب تبدیل می کند. برای شروع این واکنش، انرژی لازم است که پیوندها در سوخت و بین اتم های اکسیژن را بشکند، اما انرژی بسیار بیشتری زمانی آزاد می شود که اتم ها به دی اکسید کربن و آب پیوند برقرار کنند.

سوخت + اکسیژن + انرژی → دی اکسید کربن + آب + انرژی بیشتر

هم نور و هم حرارت به عنوان انرژی آزاد می شوند. شعله ها نشانه های قابل مشاهده ای از این انرژی هستند. شعله ها عمدتاً از گازهای داغ تشکیل شده اند. خاکسترها به دلیل داغ بودن ماده، نور درخشان ساطع می کنند (بسیار مشابه با مشعل گاز)، در حالی که شعله ها نور را از گازهای یونیده ساطع می کنند (مانند لامپ فلورسانت). نور آتش نشانه ای قابل مشاهده از واکنش احتراق است، اما انرژی حرارتی (حرارت) ممکن است نامرئی باشد.

چرا آتش گرم است

به طور خلاصه: آتش گرم است زیرا انرژی ذخیره شده در سوخت به طور ناگهانی آزاد می شود. انرژی لازم برای شروع واکنش شیمیایی بسیار کمتر از انرژی آزاد شده است.

نکات کلیدی: چرا آتش گرم است؟

• آتش همیشه گرم است، بدون توجه به سوخت مورد استفاده.
• اگرچه احتراق نیاز به انرژی فعال سازی (شعله ور شدن) دارد، اما گرمای خالص آزاد شده بیشتر از انرژی لازم است.
• شکستن پیوند شیمیایی بین مولکول های اکسیژن انرژی را جذب می کند، اما تشکیل پیوندهای شیمیایی برای محصولات (دی اکسید کربن و آب) انرژی بسیار بیشتری آزاد می کند.

آتش چقدر داغ است؟

هیچ دمای واحدی برای آتش وجود ندارد زیرا مقدار انرژی حرارتی که آزاد می شود به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله ترکیب شیمیایی سوخت، دسترسی به اکسیژن و بخش شعله ای که اندازه گیری می شود. آتش چوب می تواند بیش از ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد (۲۰۱۲ درجه فارنهایت) باشد، اما انواع مختلف چوب در دماهای متفاوت می سوزند. به عنوان مثال، چوب کاج بیش از دو برابر حرارت بیشتری نسبت به چوب سرو یا بید تولید می کند و چوب خشک داغ تر از چوب تر می سوزد. پروپان در هوا در دماهای مشابهی می سوزد (۱۹۸۰ درجه سانتی گراد) اما در اکسیژن بسیار داغ تر است (۲۸۲۰ درجه سانتی گراد). سوخت های دیگر مانند استیلن در اکسیژن (۳۱۰۰ درجه سانتی گراد) داغ تر از هر نوع چوبی می سوزند.

رنگ آتش نشان دهنده تقریبی از دمای آن است. آتش عمیق قرمز حدود ۶۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی گراد (۱۱۱۲ تا ۱۸۰۰ درجه فارنهایت) است، نارنجی-زرد حدود ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد (۲۰۱۲ درجه فارنهایت) است و شعله سفید داغ تر است و بین ۱۳۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتی گراد (۲۴۰۰ تا ۲۷۰۰ درجه فارنهایت) متغیر است. شعله آبی، داغ ترین شعله است و بین ۱۴۰۰ تا ۱۶۵۰ درجه سانتی گراد (۲۶۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه فارنهایت) قرار دارد. شعله گاز آبی مشعل بنزن بسیار داغ تر از شعله زرد یک شمع مومی است!

داغ ترین نقطه شعله

داغ ترین نقطه شعله، نقطه حداکثر احتراق است که بخش آبی شعله را تشکیل می دهد (اگر شعله به این دما بسوزد). با این حال، به اکثر دانش آموزانی که آزمایش های علمی انجام می دهند گفته می شود که از بالای شعله استفاده کنند. چرا؟ زیرا حرارت به سمت بالا می رود، بنابراین بالای مخروط شعله نقطه خوبی برای جمع آوری انرژی است. همچنین دمای مخروط شعله نسبتاً ثابت است. یکی دیگر از راه های اندازه گیری منطقه گرما، مشاهده روشن ترین بخش شعله است.

واقعیت جالب: داغ ترین و خنک ترین شعله ها

داغ ترین شعله ای که تاکنون تولید شده است، ۴۹۹۰ درجه سانتی گراد بوده است. این آتش با استفاده از دی سیانواستیلن به عنوان سوخت و اوزون به عنوان اکسیدکننده تشکیل شده است. آتش خنک نیز می تواند ساخته شود. به عنوان مثال، شعله ای در حدود ۱۲۰ درجه سانتی گراد می تواند با استفاده از ترکیب هوای سوخت کنترل شده تولید شود. با این حال، از آنجا که شعله خنک تقریباً بالاتر از نقطه جوش آب است، نگهداری این نوع آتش دشوار است و به آسانی خاموش می شود.

پروژه های جالب مربوط به آتش

با انجام پروژه های علمی جالب، اطلاعات بیشتری درباره آتش و شعله ها کسب کنید. به عنوان مثال، یاد بگیرید که چگونه نمک های فلزی بر رنگ شعله تأثیر می گذارند و شعله سبز بسازید. آیا برای یک پروژه واقعی هیجان انگیز آماده اید؟ امتحان کردن آتش خور نیز جالب است.