14. Строение и характеристика пламени
Таблица 14 помогает последовательно изучать строение и свойства пламени, а также условия проведения экспериментов, требующих нагревания.
Горение свечи сопровождается сложными физическими, физико-химическими и химическими процессами.
Таблица 14
Строение и характеристика пламени
В середине таблицы изображено пламя свечи в разрезе с тремя хорошо различимыми зонами: а – внутренний "тёмный" конус, б – средний светящийся конус, в – наружная часть пламени, едва заметная оболочка.
При горении свечи её твёрдое вещество – парафин (стеарин или воск) – плавится. Образовавшаяся жидкость впитывается фитилём, и, поднимаясь по нему к основанию пламени, испаряется.
На рис. 1 показано исследование тёмной части пламени. Если во внутренний "тёмный конус" пламени ввести стеклянную газоотводную трубку, то беловатый дымок – пары парафина, выведенные из зоны пламени, – можно поджечь.
На рис. 2 изображено исследование горючести паров парафина. Если задуть пламя свечи, а затем подвести горящую спичку на расстояние 2,5 см к свечи, то можно наблюдать загорание паров парафина, поднимающихся от фитиля.
На рис. 3 показано исследование температурных зон пламени свечи. При передвижении плотного белого листа бумаги вверх–вниз над пламенем свечи через некоторое время можно наблюдать прорыв пламени сквозь листа. Эта операция требует осторожности, поскольку лист бумаги надо держать не слишком долго, иначе он может загореться. В нижней несветящейся части пламени – тёмной и прозрачной – пары парафина претерпевают начальную стадию разложения. В верхней части пламени наблюдается яркое свечение раскалённых частиц угля – продукта полного разложения парафина. В наружной части пламени (узкой) происходит соприкосновение образующихся горючих газов с кислородом, содержащимся в воздухе.
Если в тёмную зону пламени внести спичку, то её головка воспламеняется не сразу. Это свидетельствует о том, что в этой зоне температура сравнительно невысока, тогда как древце спички обугливается в местах соприкосновения с более горячей зоной пламени.
На рис. 4 показано внесение лучинки в тёмный конус пламени, в результате которого она обуглилась лишь в тех местах, которые оказались в наружной части пламени. Это означает, что в этой зоне пламени температура наивысшая.
На рис. 5 показано исследование пламени с помощью алюминиевой фольги, в которой образуется щель и пламя располагается над поверхностью. На обратной стороне фольги по краям щели осаждается сажа. Этот опыт можно провести самостоятельно, наблюдая за происходящими изменениями и объясняя их на основе полученных знаний.
Если внести на мгновение в средний светящий конус пламени конец холодной стеклянной палочки, то можно заметить, что он покрыт налётом сажи, а прилегающая к нему часть палочки содержит мельчайшие капельки воды, образовавшейся при конденсации водяного пара – продукта сгорания топлива.
Исследованием свойств и строения пламени занимался великий английский физик Майкл Фарадей. Ознакомиться с историей этого вопроса можно в его книге "История свечи".