Что такое огонь с точки зрения физики?
Огонь — древняя технология, которая помогла человеку эволюционировать. Раньше он помогал нашим предкам готовить еду и спасаться от хищников, а сегодня используется в качестве важного индустриального инструмента. Но что он, на самом деле, собой представляет? Портал theconversation.com рассказал о природе и особенностях огня.
Для того, чтобы разжечь огонь, нам нужно три вещи: топливо (что-то, что будет гореть), кислород и изначальная искра или источник тепла. Из них складывается т.н. треугольник огня, но топливо и кислород также можно назвать реактантами, а изначальный жар — энергией активации.
Например, в случае лесного пожара топливом выступает органическая материя, такая как деревья и кустарники. Кислород доступен в воздухе, а энергия активации может поступить из ряда источников, вроде молнии или человеческой активности.
Если убрать хоть один из реактантов, огонь не сможет продолжать гореть. Для того, чтобы потушить лесной пожар, жар можно убрать, вылив на огонь воду. Влага превращается в пар, который удушает огонь, вымещая собой воздух. Топливо может быть полностью истощено огнем, или же уничтожено заранее в ходе мероприятий по предотвращению пожаров.
Основной «продукт» огня — энергия, которая выделяется попутно углекислому газу и водяному пару. Если объем топлива превышает количество доступного кислорода, могут появляться и другие продукты горения. Например, зола — крошечные, наполовину сожженные частицы углерода.
Тепло, которое мы чувствуем от огня — результат выделения энергии, которая рассеивается от источника. Горячие газовые продукты поднимаются выше, потому что они менее плотные чем холодный окружающий воздух. А они, в свою очередь, переносят частицы золы, сияющие желто-оранжевым цветом из-за высокой температуры.
Другими словами, пламя, которое мы видим у костра — не что иное как свет от частичек золы. Но, на самом деле, пламя поднимается гораздо выше, чем может заметить человеческое зрение. Поднимаясь выше, зола постепенно охлаждается и начинает выделять свет в спектрах, недоступных невооруженному взгляду.
Так что же такое огонь? Очевидно, его нельзя записать в жидкие или твердые материи. Хотя пламя включает в себя горячие газы, оно существует только до тех пор, пока огонь горит. У него нет собственного стабильного состояния, и мы не можем собрать пламя в контейнер, как углекислый газ или пар. Поэтому к газообразным его тоже нельзя отнести.
Из списка можно вычеркнуть и плазму — четвертое агрегатное состояние материи. Она похожа на очень горячий газ, но обладает рядом ключевых отличий. Плазма содержит так много тепловой энергии, что ее атомы ионизируются — они не могут удерживать все свои электроны. По сути, плазму можно назвать своего рода супом из заряженных частиц, электронов и ионизированных атомов, которые могут проводить электрический ток и реагировать на магнитное поле.
В наиболее горячих частях самого сильного огня порой достаточно ионизированных атомов, чтобы сформировать слабую плазму. Но, опять же, она не стабильна сама по себе, и пламя в целом не ведет себя как плазма.
По факту, огонь — не материя, а процесс. Если точнее, химическая реакция, которую на научном языке называют возгоранием. Хотя газы и плазма встречаются повсюду во вселенной, огонь в той форме, в которой его знает человечество, уникален для Земли.