Огонь содержит плазму?

2 767

Ответ на этот вопрос сложнее, чем думает большинство людей. Некоторые виды пламени действительно содержат плазму, а некоторые нет. Чтобы правильно ответить на этот вопрос, мы действительно должны сначала четко определить, что мы подразумеваем под «плазмой».

Хрестоматийное определение плазмы — это ионизированный газ. «Ионизированный газ» означает, что некоторые электроны полностью оторваны от атомов, составляющих газ. Фактически свободные электроны заряжаются отрицательно, а образующиеся ионизированные атомы в конечном итоге заряжаются положительно.

«Ион» — это атом с неравным числом электронов и протонов . Это определение является хорошей отправной точкой, но недостаточно точным. Каждый газ содержит несколько ионов и освобожденных электронов, но не каждый газ является плазмой. Должна быть какая-то точка отсечки, где в газе достаточно ионов, чтобы он начал действовать как плазма.

Что значит действовать как плазма? Плазма — это ионизированный газ, который отражает низкочастотные электромагнитные волны, такие как радиоволны. Если описать на более простом уровне, плазма экранирует электрические поля. Плазма способна на это, потому что достаточное количество отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных ионов локально свободны и могут связываться друг с другом коллективным образом на большие расстояния.

Коллективное поведение ионов и электронов означает, что они могут сильно реагировать на падающие электрические поля и двигаться, чтобы нейтрализовать эти поля. Следовательно, более строгое определение плазмы — это газ, в котором имеется достаточно свободных электронов и ионов, чтобы они действовали коллективно.

Расстояние, на которое внешнее электрическое поле может проникнуть в облако заряженных частиц, характеризуется «длиной Дебая». Чем больше атомов ионизировано, тем сильнее коллективные колебания зарядов и тем меньше длина Дебая. Таким образом, самое строгое определение плазмы — это ионизированный газ с достаточной ионизацией, так что длина Дебая значительно меньше ширины газового облака.

В пламени ионизация атомов воздуха происходит потому, что температура достаточно высока, чтобы атомы столкнулись друг с другом и оторвали электроны. Следовательно, в пламени степень ионизации зависит от температуры. (Другие механизмы могут привести к ионизации. Например, при молнии сильные электрические токи вызывают ионизацию. В ионосфере солнечный свет вызывает ионизацию.)

Суть в том, что пламя становится плазмой только в том случае, если оно достаточно нагревается. Пламя при более низких температурах не содержит достаточной ионизации, чтобы превратиться в плазму. С другой стороны, пламя с более высокой температурой действительно содержит достаточно свободных электронов и ионов, чтобы действовать как плазма.

Например, обычная восковая свеча имеет пламя, которое горит при максимальной температуре 1500 градусов по Цельсию, что слишком мало для образования очень большого количества ионов.

Таким образом, пламя свечи — это не плазма. Обратите внимание, что яркие красно-оранжево-желтые цвета, которые мы видим в пламени, не созданы из пламени, являющегося плазмой. Скорее, эти цвета излучаются не полностью сгоревшими частицами топлива («сажей»), которые настолько горячие, что светятся.

Если вы закачаете достаточно кислорода в пламя, сгорание станет полным и красно-оранжево-желтое пламя исчезнет.

Имея это в виду, должно быть ясно, что пламя свечи излучает свет, даже если это не плазма. В отличие от пламени свечи, некоторые горящие смеси ацетилена могут достигать температуры 3100 градусов Цельсия, с соответствующей длиной Дебая 0,01 миллиметра.

Таким образом, такое пламя является плазмой. Другое пламя, в том числе пламя костров, газовых печей и зажигалок, имеет температуру, которая находится где-то между этими двумя крайними значениями, и поэтому может быть плазмой, а может и не быть.

Обычное пламя, например, от сжигания дерева, древесного угля, бензина, пропана или природного газа, обычно недостаточно горячее, чтобы действовать как плазма.

Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
2 Комментарий
Первые
Последние Популярные
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Александр
Александр
Гость
6 месяцев назад

Я не физик и мне видятся многие вещи, которые не видятся физикам. Я, например, считаю, что настоящий физик тот, кто может придать правильный физический смысл любому явлению природы, а физика начинается с русского языка, где смысловое значение слова являет собой физический смысл того события, которое оно описывает. Без понимания смыслового значения русских слов физики понять невозможно. Возьмём слово «мировоззрение». Это сложное слово, состоящее из двух коренных слов: — первое — мир; — второе —  зрение. Кто может сказать, что он знает мир? Никто. Второе слово зрение, которое определяет способность человека видеть. А, знаем ли мы вообще, что мы видим? Исходя… Подробнее »

Игорек М
Игорек М
Гость
Ответить на  Александр
6 месяцев назад

Вы правильно задаете вопрос, но надо понимать, что все теоретики — это чистые математики и создают математические модели для удобства подсчетов и описания явлений в цифровом формате. Физики, они в основном сосредоточились в прикладных науках. Естественные науки — это физика, химия, биология, математика же относится к неестественным наукам — это язык цифр, как и лингвистика — язык букв. Привыкайте создавать собственные физические модели, это вам очень пригодится в жизни и передайте собственные работы своим детям. Это все что могу посоветовать. 🙂

Last edited 6 месяцев назад by Игорек М