| Ko opazujem goreče poleno opazim, da nikoli ne gori samo poleno (kvečjemu žari). Ogenj se pojavi šele nad polenom. Kaj torej gori? Zrak? Zakaj ob gorenju večine (organskih?) snovi nastane plamen? Plamen v svoji značilni obliki. Za barvo vem, da je odvisna od snovi, ki gori. Ampak zakaj je vedno podobne oblike? |
Res je, plamen nastane nad gorečim plamenom, vendar pa ni zrak tisti, ki gori. No deloma že, saj se v kemijskih reakcijah, ki povzročajo gorenje porablja kisik iz zraka, vendar pa to ni tisto, kar se skriva za vprašanjem. Ob tem, ko potekajo kemične reakcije gorenja (le te so v osnovi podobne kemijskim reakcijam, ki potekajo ob pridobivanju energije iz hrane v našem telesu), se namreč sprošča energija, toplota. Le te je dovolj, da naraste temperatura v plamenu tja do 800 stopinj, pa tudi višje, odvisno pač od snovi, ki gori. Ta temperatura zadošča za vzbujanje atomov ali molekul, ki izstopajo ob gorenju. Iz vzbujenih stanj pa le ta prehajajo različno, s trki z ostalimi molekulami ali pa z elektromagnetnim sevanjem – to je oddajanjem svetlobe.
Svetloba, ki jo seva plamen je tako odvisna od snovi, ki jo najdemo v plamenu (vsaka molekula pač seva v zanjo značilnem spektru), pa tudi od temperature plamena. Ker imajo na primer fotoni rumene svetlobe višjo energijo kot fotoni rdeče svetlobe, je plamen v območju višje temperature obarvan rumeno (na voljo je ob višji temperaturi namreč več energije za vzbujanje molekul) na hladnejšem robu pa rdeče. Ravno tako ima modro obarvan plamen višjo temperaturo kot rdeč plamen (moder plamen lahko na primer vidimo pri gorilnikih s katerimi mehčajo izolacijo pri polaganju).
Poleg barve, pa je za plamen značilna tudi njegova oblika. Takšno obliko narekujejo konvekcijski tokovi. Toplejši zrak je namreč redkejši od hladnejšega, tako da se zrak nad plamenom zaradi sile vzgona dviguje, kar sproži konvekcijski tok od vznožja plamena navzgor. Da je za obliko plamena ključen vzgon in z njim konvekcijski tokovi, nam potrdi opazovanje plamena v razmerah nične ali mikrogravitacije, ki vladajo na primer na vesoljski postaji Mir. Če namreč ni gravitacije, vzgona ni (ni namreč različnih sil teže na različno goste snovi). Mnogi ugledni znanstveniki, med njimi tudi Einstein so -napačno- domnevali, da bi v tem primeru plamen sveče pač ugasnil. Vendar so pri tem pozabili na difuzijski tok delcev. V prostoru, kjer imamo delce snovi razporejene neenakomerno, imamo namreč tok delcev od tam, kjer je gostota delcev večja, k predelom, kjer je delcev manj. Ker je to povsem statističen proces, so tovrstni tokovi ob zmernih razlikah koncentracij, kot jih srečamo v realističnih situacij, precej majhni, tako da si je bilo brez poskusa težko predstavljati, da lahko vzdržujejo gorenje.
Slika plamena na Zemlji (levo, 1g) in v območju mikrogravitacije na vesoljski postaji (desno, ľg). Difuzijski plamen v primeru mikrogravitacije je mnogo šibkejši, sferično simetričen in tudi brez saj.
No, poskus je pokazal, da so ti tokovi le dovolj veliki, da tudi v primeru mikrogravitacije dobimo gorečo svečo s sicer zelo medlim difuzijskim plamenom, ki pa ima, ker ni konvekcijskih tokov, okroglo obliko! Prav tako gorenje v primeru mikrogravitacije traja mnogo dlje kot na Zemlji, saj je dotok kisika precej manjši pri difuzijskem transportu kot v primeru konvekcijskih tokov.
Še ena slika plamena v območju mikrogravitacije, tokrat kmalu po vžigu.
Glej še
Zapis na Scientific American o poskusih z gorenjem na Miru l. 1998
Eksperimenti z gorljivimi snovmi v mikrogravitaciji pri NASA
O raziskavah gorenja v mikrogravitaciji
