燃燒科技:燃燒火焰知多少-科技大觀園 | 火焰溫度上限
從搖曳生姿的蠟燭擴散火焰,了解薄薄一片的火焰,體會「燃燒自己照亮別人」的真義;從動態平衡的瓦斯爐預混火焰,了解會跑、有燃燒速度的火焰波,體會媽媽烹煮食物的危險。 燃燒現象就是以火焰呈現出來的燃料和氧化物在適當環境下產生的放熱化學反應。其所產生的光和熱可以轉換成動力或作為熱源;而排放物則以二氧化碳和水為主,通常伴隨著少量的氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳和固體微粒。顯然地,燃燒火焰直接或間接地影響了人類文明的進步和生態環境的變遷。正常的火焰存在於氣體狀態,燃燒化學反應的兩個要角–燃料分子和氧化物(通...
從搖曳生姿的蠟燭擴散火焰,了解薄薄一片的火焰,體會「燃燒自己照亮別人」的真義;從動態平衡的瓦斯爐預混火焰,了解會跑、有燃燒速度的火焰波,體會媽媽烹煮食物的危險。
燃燒現象就是以火焰呈現出來的燃料和氧化物在適當環境下產生的放熱化學反應。其所產生的光和熱可以轉換成動力或作為熱源;而排放物則以二氧化碳和水為主,通常伴隨著少量的氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳和固體微粒。顯然地,燃燒火焰直接或間接地影響了人類文明的進步和生態環境的變遷。
正常的火焰存在於氣體狀態,燃燒化學反應的兩個要角–燃料分子和氧化物(通常是氧氣)分子,藉著質量輸送而相互碰撞,假如碰撞的動能夠大,超過了化學反應所需的活化能,便可促成燃燒化學反應的進行。
燃燒化學反應並非一次即成,而是經由各種中間產物彼此間,或與燃料分子、氧化物分子間的多次相互碰撞,進行多次中間化學反應,最後生成穩定的排放物並釋放出化學能。因此,它是一個多步驟的化學反應。於此,我們將以蠟燭擴散火焰和瓦斯爐預混火焰為例,來介紹常見的燃燒火焰。
蠟燭擴散火焰
在停電的颱風夜,搖曳生姿的燭火幻影中,許多人都曾有促膝傾談的溫馨經驗;「蠟炬成灰淚始乾」、「燃燒自己照亮別人」,常成為蠟燭火焰的感性詮釋。或許,從另一個角度的科學描述,會使大家更深入地認識蠟燭火焰,也帶給大家不一樣的體會。
蠟燭的化學組成是石蠟,基本上是固態的碳氫化合物,碳氫化合物是大自然中最主要的燃料,煤炭、石油和天然氣皆由碳氫化合物所組成。碳氫化合物中的碳原子、氫原子,經由燃燒過程和氧原子結合,而分別形成二氧化碳和水,此即燃燒火焰的排放物。
我們稱蠟燭火焰為典型的擴散火焰,因其燃燒現象完全由氣體分子的擴散行為來主導,蠟油分子和氧氣分子分別由燭芯和外界擴散進入火焰面燃燒,而燃燒產生的二氧化碳和水分子,則由火焰面往內或往外將質量和能量擴散出去。
蠟燭擴散火焰在靜止環境中非常穩定,但是外在輕微的氣流很容易干擾燭火,形成火焰面不規則的擺動,於是我們看見燭火搖曳生姿。如果大風一吹,吹散了原先預期在火焰面和氧氣分子相見的蠟油分子,阻斷了後續的燃燒化學反應,燭火就滅了。氣流中的燭火擺動或熄滅現象,表現出巨觀的整體對流對微觀的分子擴散行為的影響。
基本上,體積大的分子不易擴散,而且分子...