Одним из материалов для изготовления свечи является воск, который является углеводородом. Пламя горящей свечи растапливает воск вокруг фитиля. Фитиль работает также, как губка, впитывающая капельки воды, поглощает воск и подает его на поверхности свечи, пока она горит. Это явление называется капиллярностью. Если полотенце положить на край тазика с водой и нечаянно уронить край полотенца в воду, то через некоторое уже вся вода из тазика окажется на полу. Вот такой бытовой пример капиллярности.
При нагревании жидкий воск переходит в газообразное состояние (испаряется). Горение- процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций топлива и О2 с выделением тепла.
Уравнения реакции горения:
Восковая свеча 2C15H31COOC31H63+ 139O2=94CO2+ 94H2O
Парафиновая свеча 2C16H34+49O2=32CO2+ 34H2OC17H36+ 26O2=17CO2+ 18H2O
Стеариновая свеча C17H35COOH+ 26O2=18O2+ 18H2O
Пламя
Посмотрим на пламя свечи на Земле (в условиях гравитации). Пламя имеет каплевидную форму вследствие гравитации и конвекции . Пламя мерцает, и горячие газы поднимаются вверх, а более плотный и холодный воздух, в том числе и кислород опускается вниз ко дну пламени. Этот поток протекает на высоких скоростях и это приводит к турбулентности и нестабильности, которая затрудняет изучение свойств пламени.
Температура внутри пламени неравномерна. Есть более сильно накаленная область, есть менее. Эти зоны можно разглядеть в пламени невооруженным глазом. В районе самого фитиля коричневая точка. Там свет почти не воспринимаем для глаза. Воск тает, выделяются молекулы Н2 и О2 и происходит формирование частиц углерода (С). В темной части пламени температура 3500С-самая холодная часть пламени.
Выше- темная часть пламени с низким содержанием О2, где испаряется парафин, служащая резервуаром для питания следующей зоны, в которой газы подвергаются полному сгоранию. В это зоне температура 6000С -10000С. Это зона термического расщепления, здесь происходит генерация и накопление частиц углерода.
Еще выше- синяя часть горения, расположена в нижней части пламени и по бокам, расположена после "темной" зоны; цвет пламени обусловлен большим количеством кислорода. Температура 12000С: здесь происходит процесс полного сжигания углерода, не успевшего превратиться в СО2. Следующая бесцветная часть пламени-самая горячая зона; температура до 1400°C; почти полное сжигание материала.
Светящаяся зона накладывается на другие зоны: начинается в основной зоне реакции и заканчивается на кончике пламени. углеродные частицы светятся при нагревании желтым светом. Цвет обусловлен свечением частичек сажи (С), уносимых вверх поднимающимся потоком горячего воздуха. В пламени свечи различить отдельные полосы очень легко. Тепловое излучение -положительная обратная связь, поддерживающая горение.
Когда свеча горит, пламя нагревает окружающий воздух, и он начинает подниматься наверх . В то же время холодный воздух и кислород опускаются в основание пламени, заменяя горячий воздух. Холодный воздух нагревается, поднимается и снова заменяется новыми потоками холодного воздуха у основания пламени. Это создает циркуляцию потока холодного воздуха, которую ученые называют конвекцией потока воздуха. Это перемещение воздуха вверх-вниз происходит только в условиях гравитации.
Но вот, в космосе пламя свечи выглядит совсем по-другому. Проводить эксперименты с огнем на космических станциях опасно, но в 1996 г. на МКС «Мир» были сожжены 80 свечей в целях эксперимента по особенностям горения свечи в условиях невесомости. Фарадей, конечно, знать этого не мог, а то лекции его были бы более интересными.
Свеча, сгорающая на Земле за 10 мин, полностью сгорала на станции за 45 мин. Пламя свечи в невесомости было меньше, холоднее (1000 °С) и напоминает половинку яйца слабо голубоватого цвета, так как нет восходящего движения воздуха, содержащего кислород. Чтобы заснять его на видеокамеру, космонавтам пришлось внести в него дополнительно кусочек воска и снять, как он плавится. Горение здесь поддерживается за счет молекулярной диффузии, так как тепловое излучение останавливает процесс, не оставляя дыма, охлаждая его. Сажи очень мало, т.к. температура пламени более низкая. Свеча горит без дыма. Образуется меньше паров стеарина или парафина, сам фитиль быстрее сгорает. Поэтому для космоса свечи надо делать из состава, имеющего более низкую температуру плавления, иметь несгораемый фитиль из асбеста. В 1997 г. на станции «Мир» произошел пожар, который был потушен выключением вентиляции. На МКС предусмотрено создание специальной лаборатории по изучению процессов горения, т.к. научиться управлять горением, экономя при этом на топливе, – мечта конструкторов тепловых двигателей, всего человечества.
Майкл Фарадей родился в 1791 г в Англии в семье кузнеца и домохозяйки. К науке родители не имели никакого отношения. С 13 лет он стал работать курьером в книжном магазине, затем учеником переплетчика книг. Ему даже пришлось бросить из-за этого школу, хотя она была бесплатной. Он перечитал все научные книги в этом магазине, затем переделал все опыты. И это все дало сильный толчок в его развитии. А образования хорошего он так и не смог получить, хотя был очень талантлив. Его сильно поддерживала и его семья в этом начинании, особенно брат. Однажды, музыкант, клиент его магазина дал ему приглашение на курс лекций Гемфри Дэви в Королевский институт. Он сходил на них, а потом написал лектору письмецо с просьбой принять его на работу, приложив к нему переплетенные им самим и записанные ранее лекции Дэви. Дэви тоже оказался из бедной аптекарской семьи, был поражен знаниями Фарадея и, как только вакансия появилась, Фарадея приняли на работу. И первые 10 лет Фарадей вместе с Дэви занимался химией. После окончания войны 1812 г. Дэви решил попутешествовать по Европе и прихватил с собой Фарадея. В этом путешествии Фарадей познакомился с Андре-Мари Ампером и Алессандро Вольтой. В 1821 г. Фарадей собрал первый электродвигатель. А что касается самого Майкла Фарадея, то он был членом множества научных обществ и даже в 1830 г. стал членом Петербургской академии наук Российской империи. Ведь все рады были принять к себе такого ученого. Его значительным открытием была электромагнитная индукция, человечество научилось вырабатывать электроэнергию в промышленных масштабах. Его называли королем экспериментов, так как за свою жизнь он провел 30000 опытов. Во время Крымской войны британское правительство обратилось к нему с просьбой изобрести химическое оружие против русской армии, но Фарадей посчитал это аморальным. Он был скромным человеком. Он два раза отказался от должности президента Королевского общества, от рыцарского звания и от предложения быть похороненным в Вестминстерском аббатстве, рядом с выдающимися людьми. Последние 9 лет своей жизни он жил в шикарном доме дворцового комплекса королевы, который она отдала ему пожизненно и взяла все расходы на себя. Женат он был на сестре своего друга 46 лет. Но детей не было. Умер в возрасте 75 лет за своим письменным столом. Состояние его здоровья было не очень хорошее, так как он предположительно был отравлен парами ртути, с которой проводил опыты.
Может быть интересно:
