Ποια είναι τα χρώματα μιας φωτιάς και πόσο καυτά είναι;

Όταν σκέφτεστε μια τυπική ελεγχόμενη φωτιά, όπως μια φωτιά ή φωτιά, πολλά από τα επίθετα που έρχονται στο μυαλό πιθανότατα αφορούν τη θερμότητα και τη θερμοκρασία:Καυτό. Φλοίσβος. Ψήσιμο. Από την άλλη πλευρά, μπορεί να έχετε και ορισμένες οπτικές εντυπώσεις:Αφρώδη. Λάμψη. Χορεύοντας.

Όπως και τα χρώματα εμφανίζονται σε μια ποικιλία αποχρώσεων, εντάσεων και σε φυσικά μέσα όπως η ζωγραφική και τα ρούχα, μπορούν επίσης να παρουσιάζουν το ίδιο εμφανές φάσμα οπτικών "γεύσεων" όταν το μέσο είναι αυτό που γνωρίζετε ως φωτιά . Αυτό είναι λογικό, αφού η φωτιά είναι ακριβώς . . . πραγματικά καυτό φως. Ή είναι;

Όπως συμβαίνει, τα χρώματα που βλέπετε στη φωτιά συσχετίζονται με τη θερμοκρασία στη φωτιά, έτσι ώστε να μπορείτε να περιμένετε να βλέπετε ορισμένα χρώματα πιο συχνά σε πιο καυτές φλόγες και άλλα όταν τα πράγματα μόλις μαγειρεύονται ή σβήνουν. Αλλά η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη από αυτό γιατί ακριβώς αυτό που καίγεται σε μια δεδομένη φωτιά επηρεάζει επίσης την εμφάνιση των χρωμάτων στο φλεγόμενο μείγμα.

Πώς παράγονται τα ορατά χρώματα;

Αυτό που βλέπετε ως φως είναι στην πραγματικότητα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (EM), το ορατό φως είναι ένας από τους διάφορους τύπους ΗΜ και καταλαμβάνει μόνο ένα μικρό κλάσμα ολόκληρου του φάσματος ΗΜ. Τα κύματα EM χαρακτηρίζονται από ένα μήκος κύματος, την απόσταση μεταξύ των αντίστοιχων σημείων κατά μήκος ενός γραφικού κύματος ΗΜ και μια συχνότητα, τον αριθμό των μηκών κύματος ανά δευτερόλεπτο που διέρχονται από ένα σταθερό σημείο.

• Το γινόμενο του μήκους κύματος (λ) και συχνότητα (ν) ενός κύματος ΗΜ είναι πάντα η ταχύτητα του φωτός c (3

  × 10 m/s) ανεξάρτητα από τον τύπο κύματος ΗΜ.

Το εύρος των μηκών κύματος κάτω από περίπου 440 νανόμετρα (4,4 × 10 m) περιλαμβάνει ραδιοκύματα στο χαμηλό άκρο και στη συνέχεια μικροκύματα. Πάνω από περίπου 7 × 10 m, εμφανίζονται ακτίνες Χ και ακτίνες γάμμα. Αυτά έχουν υψηλές συχνότητες και συνδέονται με υψηλότερη ενέργεια ως αποτέλεσμα. Αυτό έχει συνέπειες για τα χρώματα που φαίνονται να λάμπουν στις φλόγες.

Το ίδιο το φάσμα του ορατού φωτός (4,4 × 10 έως 7 × 10 m) περιλαμβάνει ακτινοβολία που γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι ως, κατά σειρά, κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί και ιώδες (το περίφημο "Roy G. Biv" του τάξεις φυσικών επιστημών δημοτικού σχολείου). Όπως θα δείτε, αυτή η παραγγελία μεταφέρεται στη φωτιά, αν και με ελλιπή πιστότητα.

Τι είναι η θερμότητα στη φυσική;

Ο λόγος που οι περισσότερες πυρκαγιές που είναι πιθανό να δείτε στη Γη να καίγονται είναι ότι κάποιο είδος υλικού υφίσταται καύση και αυτό απαιτεί την παρουσία αερίου οξυγόνου (O₂ ). Διάφοροι παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν το πόσο ζεστή καίγεται η φλόγα, συμπεριλαμβανομένης της φύσης του υλικού (προφανώς, η βενζίνη καίγεται πολύ καλά· το νερό, όχι τόσο πολύ) και αν «τροφοδοτείται» με περισσότερο υλικό και οξυγόνο καθώς η φωτιά μεγαλώνει.

Θερμότητα έχει μονάδες ενέργειας και μπορεί να εκληφθεί ως μια ποσότητα που μετακινείται από περιοχές υψηλότερης πυκνότητας σε περιοχές χαμηλότερης πυκνότητας, όπως με την απλή διάχυση μορίων. Το φως και η θερμότητα είναι και τα δύο (γενικά επιθυμητά!) προϊόντα πυρκαγιών, και όπως σημειώθηκε παραπάνω, τα κύματα φωτός συνδέονται με ενέργεια ανάλογα με τη συχνότητά τους. Αυτές οι ταχύτερες ταλαντώσεις έχουν ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη απελευθέρωση θερμότητας και αυτό με τη σειρά του σχετίζεται με υψηλότερες θερμοκρασίες εντός και κοντά στη φλόγα.

Τύποι φλόγας

Πολλά υλικά παράγουν χαρακτηριστικά χρώματα όταν καίγονται. Για παράδειγμα, το στοιχείο νάτριο, το οποίο συνδυάζεται με το χλώριο για να σχηματίσει το συνηθισμένο αλάτι (NaCl), παράγει ένα λαμπερό πορτοκαλί χρώμα όταν καίγεται. Το νάτριο βρίσκεται στα περισσότερα είδη ξύλου, επομένως θα ήταν ασυνήθιστο να συναρμολογηθεί μια φωτιά από τα συνηθισμένα κλαδιά και ραβδιά και να μην έχει τουλάχιστον κάποιο πορτοκαλί ή σκούρο κίτρινο χρώμα.

Τομπλε που παρατηρείται συχνά στις φλόγες του ξύλου προέρχεται από τα στοιχεία άνθρακα και υδρογόνου, τα οποία εκπέμπουν φως στο ανώτερο άκρο του φάσματος του ορατού φωτός, και έτσι δημιουργούν μπλε και μοβ αποχρώσεις. Ο μεταλλικός χαλκός είναι γνωστό ότι γίνεται πράσινος εάν εκτεθεί στον αέρα για αρκετό καιρό. Οι ενώσεις του χαλκού δημιουργούν πράσινα ή μπλε χρώματα όταν καίγονται. Το μεταλλικό λίθιο, για να στρογγυλοποιήσει αποτελεσματικά ολόκληρο το φάσμα του ουράνιου τόξου σε αυτό το τμήμα, καίγεται κόκκινο.

• Στο κέντρο μιας πολύ καυτής φωτιάς, μπορεί να δείτε μια θαμπή πορτοκαλί λάμψη ή ακόμα και έναν περίεργο σκοτεινό χώρο. Αυτό είναι γνωστό ως ακτινοβολία μαύρου σώματος , και είναι χαρακτηριστικό των πολύ υψηλών θερμοκρασιών (για παράδειγμα, είναι χαρακτηριστικό των αστεριών). Μέταλλα που μπορούν να θερμανθούν ακόμη περισσότερο προχωρούν μέσω άλλων χρωμάτων αυτού του τύπου ακτινοβολίας (δηλαδή προς το ιώδες άκρο του ορατού φάσματος).

Τι είναι η θερμοκρασία της φωτιάς;

Τώρα, μαγειρεύεις! Έτσι, πριν ρίξετε μια ματιά στα χρώματα που να περιμένετε από τις πυρκαγιές που καίγονται σε μια δεδομένη θερμοκρασία, είναι χρήσιμο να γνωρίζετε το εύρος των θερμοκρασιών που παράγονται στα είδη πυρκαγιών που είστε ικανοί να αντιμετωπίσετε και να σαρώσετε για χρώματα. Σε τελική ανάλυση, αυτές δεν είναι πληροφορίες που οι περισσότεροι άνθρωποι κρατούν μέσα στο κεφάλι τους ή για κάποιο μέρος εύχρηστο στα smartphone τους.

Η φλόγα ενός τυπικού κεριού έχει έναν εξωτερικό πυρήνα που καίει στους 1.400 °C (περίπου 2.500 °F) ενώ ο πυρήνας της φλόγας καίει στους 800 °C (1.450 °F). Αυτές είναι εξαιρετικές θερμοκρασίες για μια τόσο μικρή φλόγα! Τα τοιχώματα ενός οικιακού φούρνου, εν τω μεταξύ, μπορούν να φτάσουν σε θερμοκρασίες περίπου 500 °C (900 °F). Αυτό σημαίνει ότι η θερμοκρασία ψησίματος ή ψησίματος φτάνει μόνο το μισό περίπου από αυτήν στο μέταλλο στα τοιχώματα.

Εάν έχετε ένα τζάκι στο σπίτι σας που σας αρέσει να ζεστάνετε τα χέρια σας σε διακριτική απόσταση, οι φλόγες που παρέχουν τη θερμότητα βρυχώνται στους 600 °C περίπου (1.100 °F). Μια φωτιά με κάρβουνο και ξύλο μπορεί να φτάσει στους 1.100 °C (2.000 °F), όπως και ένας εργαστηριακός καυστήρας Bunsen. Φυσικά, η εσωτερική θερμοκρασία του ήλιου των 2.000.000 °C (3.600.000 °F) κάνει όλες αυτές τις τιμές να φαίνονται μάλλον ασήμαντες.

Σχετίζονται άμεσα η θερμοκρασία και το χρώμα της φλόγας;

Όπως έχετε μάθει, τόσο το είδος του υλικού που καίγεται σε μια φωτιά όσο και η θερμοκρασία μιας φωτιάς επηρεάζουν τα χρώματα που βλέπετε να παράγονται. Επίσης, όπως δείχνει το παράδειγμα των δύο πολύ διαφορετικών θερμοκρασιών κεριών, κάθε φωτιά είναι σχεδόν βέβαιο ότι θα έχει ένα εύρος θερμοκρασιών μέσα της (εξηγώντας μια μεγάλη ποσότητα της χρωματικής διακύμανσης που παρατηρείται μερικές φορές).

Όταν κάτι θερμαίνεται, πρώτα μετατρέπεται σε αέριο (κάτι που συνήθως δεν μπορείτε να παρατηρήσετε). Αυτά τα μόρια αερίου αντιδρούν στη συνέχεια με το οξυγόνο εάν είναι στην πραγματικότητα εύφλεκτα μόρια. Θα ήταν χαρακτηριστικό να δούμε μια φωτιά που αποτελείται από ένα ομοιόμορφο υλικό και θερμαίνεται με ελεγχόμενο τρόπο να εμφανίζει κοκκινωπές, μετά πορτοκαλί και, τέλος, λαμπερές κίτρινες φλόγες, δείχνοντας αυξανόμενη ενέργεια και θερμότητα που απελευθερώνεται.

Αν ανάψετε και μελετήσετε προσεκτικά ένα κερί, πιθανότατα θα παρατηρήσετε ότι ένα μεγάλο μέρος του εξωτερικού πυρήνα είναι μπλε, κάτι που συνήθως δεν φαίνεται πολύ στα τζάκια, ας πούμε. Λαμβάνοντας υπόψη τις διαφορές στις θερμοκρασίες που δίνονται για αυτές τις πυρκαγιές, αυτό δεν είναι καθόλου περίεργο.

Πίνακας θερμοκρασίας χρώματος φλόγας

Αν και οι πηγές ποικίλλουν κάπως, είναι δυνατό να κατασκευαστεί ένα αρκετά αξιόπιστο γράφημα που να δείχνει τη σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας της φλόγας και του χρώματος της φλόγας σε όλο το φάσμα του ορατού φωτός.

• Σκούρο κόκκινο (πρώτη ορατή λάμψη):500 έως 600 °C (900 έως 1.100

  °F) * Θαμπό κόκκινο:600 έως 800 °C (1.100 έως 1.650

  °F) * Έντονο κόκκινο κερασιού:800 έως 1.000 °C (1.650 έως 1.800

  °F) * Πορτοκαλί:1.000 έως 1.200 °C (1.800 έως 2.100

  °F) * Φωτεινό κίτρινο:1.200 έως 1.400 °C (2.100 έως 2.500

  °F) * Λευκό:1.400 έως 1.600 °C (2.500 έως 2.900

  °F)

Οι θερμοκρασίες αρκετά υψηλές για να παράγουν μπλε φλόγες είναι ασυνήθιστες στις φωτιές κατασκήνωσης, γι' αυτό και εμφανίζονται συχνότερα όταν χρησιμοποιούνται μέταλλα, όπως στη συγκόλληση,