Огонь
Огонь — быстрое горение, сопровождающееся значительным выделением тепла и света, пламенем и дымом.
В узком смысле огонь — это пламя, зона горения в виде совокупности раскаленных газов, выделяемых в результате процесса горения с видимым излучением света.
Также, огнями (аэродромный огонь) называются специальные светильники, которые используются в аэропортах для обозначения препятствий и взлетно-посадочных полос.
Как отмечает Дж. Скотт: "Использование гоминидами огня началось в глубокой древности и было широко распространено. Существуют свидетельства того, что человек использовал огонь по крайней мере 400 тысяч лет назад, еще до появления нашего вида на исторической сцене"[1].
Слова «огонь», «огни» — является частью названия некоторых коктейлей.
Общая характеристика[править]
Огонь имеет свойство к распространению с одной горючего материала на другой. Контролируемый огонь используется человеком для получения значительного количества теплоты, освещения или сжигания нежелательных материалов. Неконтролируемый огонь приводит к возникновению пожаров и может приносить значительные убытки.
Условия появления и поддержания огня[править]
Огонь требует наличия топлива и окислителя. Обычно горючими материалами являются различные углеводороды и углеводы, а роль окислителя играет кислород. Привычные горючие материалы, такие как уголь, природный газ, древесина горят только при повышенной температуре, поэтому для возникновения огня необходимо его зажечь. Зажжение огня происходит вследствие нагрева горючего вещества до температуры, превышающей температуру воспламенения. Такое нагревание может возникнуть при контакте горючего вещества с зажженным материалом, вследствие химической реакции, трения или при прохождении через вещество сильного электрического тока.
Реакция горения экзотермическая, то есть сопровождается выделением тепла, которое, в свою очередь, помогает поддерживать высокую температуру и обеспечивает протекание цепной реакции. Собственная температура огня зависит от источника, вызвавшего реакцию зажигания и/или от материалов, участвующих в реакции горения. От температуры огня и от химического состава горючих материалов зависит цвет пламени.
Для обеспечения контролируемого огня необходимо поддерживать поставки топлива и окислителя. В печах постоянное поступление кислорода обеспечивается тягой. Она также способствует быстрому отводу продуктов реакции горения: воды и углекислого газа, присутствие которых могло бы погасить огонь. Установлению тяги способствует то, что нагретые продукты горения легче окружающего воздуха и поднимаются вверх. Они захватывают с собой несгораемые полностью частицы топлива, образуя дым.
Иллюстрациями условий горения является «огненный треугольник» (англ. Fire triangle) и «огненный тетраэдр» (fire tetrahedron). Первый наглядно демонстрирует три условия: тепло, кислород и топливо. В «огненном тетраэдре» к ним еще добавляется цепная реакция.
Если устранить хотя бы один из этих факторов, пламя тут же погаснет. Огонь тушат или прекращением доступа кислорода, или охлаждением горящих веществ, или отстранением от участка распространения огня горючих веществ. Необходимость устранения четвертого условия, цепной реакции, возникает, когда происходит горение некоторых металлов (литий, магний,титан), эта категория пожаров обозначается буквой D. Химическая реакция этих металлов с кислородом воды проходит быстрее, чем с кислородом воздуха, поэтому применение воды при таких пожарах неэффективное и может даже привести к взрыву. Углекислотные огнетушители также бесполезны против горения таких металлов, как титан. В подобных случаях следует использовать инертные агенты, например, сухой песок[2][3].
Цвет огня[править]
Вещества, которые сгорают, окрашивают огонь отдельными своими атомами или ионами, которые высвобождаются при высокой температуре, в разные цвета. К примеру:
- белый окрас огню предоставляют алюминий, титан, магний (если нагреть);
- желтый цвет дают соли натрия (натрий карбонат);
- оранжевым пламенем горит древесина;
- красный цвет имеет пламя при горении лития (карминно-красный), кальция (оранжево красный);
- голубую окраску огню дают углерод и природный газ (хлорид меди);
- синим цветом горит селен; гипс (медь оксид или медь хлорид);
- фиолетово-розовым пламенем горит калий (калий хлорат только розовым);
- зеленый цвет имеет огонь при наличии меди, молибдена, фосфора, бария (бора);
- синий огонь наблюдается при горении меди (сульфат меди — зеленый, хлорид меди — синий)).
Условия прекращения огня[править]
Для прекращения огня необходимо устранить один из четырех факторов: подачу топлива, доступ окислителя, высокую температуру или возможность поддержания цепной реакции. Огонь угасает, когда заканчивается топливо, поэтому одним из важных мероприятий при тушении пожаров является локализация горения, предотвращение возможности переброски огня на соседние объекты. Эффективным методом тушения огня является прекращение доступа кислорода. Для небольшого огня этого можно достичь сервировкой пламени. Для тушения пожаров часто используется вода. Ее испарение требует много тепла, поэтому способствует снижению температуры. В огнетушителях используются вещества, которые образуют пену, которая препятствует поддержанию цепной реакции горения.
Горение и основные понятия, связанные с процессами горения[править]
Горение — экзотермическая химическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся возникновением пламени и (или) излучением света и (или) выделением дыма. При горении наблюдается хотя бы два из трех упомянутых признаков. Чаще всего наблюдаются все три признака. Реже встречается горение без пламени. Так, например, горят порошки металлов. И совсем редко бывает так называемое холодное горение — без нагрева. Такое пламя у разреженной пары фосфора.
Эффективность от сгорания вещества (топлива) зависит от количества энергии, которую можно получить с единицы его массы. Эта характеристика называется теплотворной способностью и измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг). Для сравнения запасов, расходов и учета различных топлив часто используют понятие «условное топливо». За единицу условного топлива принимается 1 кг топлива, что имеет теплоту сгорания 29,3 МДж (7000 ккал).
Если теплота сгорания достаточно большая и реакция окисления идет достаточно быстро, то образуется пламя (огонь), которая представляет собой раскаленную смесь углекислого газа, азота, водяного пара и несгоревшего топлива. Яркость пламени зависит от свойств горючего вещества. Раскаленные газы светят относительно слабо и поэтому образуют бледное пламя. Источником излучения в этом случае является химическая энергия (хемилюминесценция). Яркое свечение пламени наблюдается, если в зоне горения присутствуют твердые частицы (например, уголь). Природа излучения в этом случае чисто термическая — излучение раскаленных частиц. В ряде случаев пламя подсвечивают искусственно, вводя в него избыточное топливо. Это позволяет существенно увеличить теплоотдачу от факела.
Для характеристики условий наступления начала горения используют следующие термины:
- Вспышка — кратковременное интенсивное сгорание ограниченного объема газопаровоздушных смеси над поверхностью горючего вещества или пылевоздушной смеси, которая сопровождается кратковременными видимым излучением, но без ударной волны и устойчивого горения.
- Возгорание — начало горения под воздействием источника зажигания.
- Температура воспламенения — самая низкая температура, при которой материалы могут загораться от воздействия источника зажигания.
- Воспламенение — возгорание, сопровождающееся появлением пламени.
- Температура воспламенения — наименьшая температура материала (вещества), при которой в условиях специальных испытаний материал (вещество) выделяет горючие пар и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.
- Самовозгорание — начало горения без влияния источника зажигания.
- Температура самовоспламенения — самая низкая температура, при которой материалы могут загораться без влияния источника зажигания.
Если горение организовано плохо (мало воздуха или оно недостаточно перемешано с топливом), в пламени появляются продукты неполного горения — водород, окись углерода и сажа. Если воздух для горения поступает в факел непосредственно из окружающей среды, за счет естественной диффузии, то такое пламя называется диффузным. Его можно наблюдать в простом лабораторном приборе — горелке Бунзена.
В факеле при диффузионном горении можно различить конусообразное ядро, которое образуется при истечении газа из горелки (сопла) в зону, заполненную смесью газа и продуктов сгорания; зону, заполненную смесью продуктов сгорания и воздуха. Граница между последними является фронтом горения, к которому извне диффундирует окислитель, а изнутри поступает горючий газ. Продукты, образующиеся при горении газа, частично диффундируют навстречу газу, обеспечивая его прогрев, частично смешиваются с воздухом и затем покидают факел.
Чтобы топливо давало высокую температуру и сгорало без остатка, его нужно частично или полностью перемешать с воздухом предварительно, до начала горения. Такая топливо-воздушная смесь горит быстрее и тепловая напряженность факела в этом случае больше. Скорость горения при этом может оказаться настолько высокой, что пламя может проскочить внутрь смесителя и вывести его из строя. При хорошо организованном горении в камере сгорания можно получить теплонапряжение объемом более 100 млн кДж/м³ в час.
См. также[править]
- Вечный огонь
- Олимпийский огонь
- Бенгальский огонь
- Греческий огонь
- Пожар
- Циклопедия:Списки:Коктейли-огни
- Циклопедия:Списки:пиро-
Источники[править]
- ↑ https://knizhka.org/istoriya/page,8,6735-protiv-zerna-glubinnaya-istoriya-drevnejshix-gosudarstv.html
- ↑ What is a fire triangle?. Проверено 14 февраля 2017. (англ.)
- ↑ The Fire Tetrahedron (A pyramid). Information about the Fire Triangle/Tetrahedron and Combustion. Safelincs Ltd.. Проверено 30 августа 2012. (англ.)