Пламя: строение, описание, схема, температура

В процессе горения образуется пламя, строение которого обусловлено реагирующими веществами. Его структура поделена на области в зависимости от температурных показателей.

Определение

Пламенем называют газы в раскаленном виде, в которых присутствуют составляющие плазмы или вещества в твердой дисперсной форме. В них осуществляются преобразования физического и химического типа, сопровождающиеся свечением, выделением тепловой энергии и разогревом.

Наличие же в газообразной среде ионных и радикальных частичек характеризует его электрическую проводимость и особое поведение в электромагнитном поле.

Что такое языки пламени

Обычно так называют процессы, связанные с горением. По сравнению с воздухом, газовая плотность меньше, но высокие температурные показатели обуславливают поднятие газа. Так и образуются языки пламени, которые бывают длинными и короткими. Часто происходит и плавный переход одних форм в другие.

Пламя: строение и структура

Для определения внешнего вида описываемого явления достаточно зажечь газовую горелку. Появившееся несветящееся пламя нельзя назвать однородным. Визуально можно выделить три его основные области. Кстати, изучение строения пламени показывает, что различные вещества горят с образованием различного типа факела.

При горении смеси из газа и воздуха вначале происходит формирование короткого факела, цвет которого имеет голубые и фиолетовые оттенки. В нем просматривается ядро — зелено-голубое, напоминающее конус. Рассмотрим это пламя. Строение его разделяется на три зоны:

1. Выделяют подготовительную область, в которой происходит нагревание смеси из газа и воздуха при выходе из отверстия горелки.
2. За ней следует зона, в которой происходит горение. Она занимает верхушку конуса.
3. Когда имеется недостаток воздушного потока, газ сгорает не полностью. Выделяется углерода двухвалентный оксид и водородные остатки. Их догорание протекает в третьей области, где есть кислородный доступ.

Теперь отдельно рассмотрим разные процессы горения.

Горение свечи

Горение свечи подобно горению спички или зажигалки. А строение пламени свечи напоминает раскаленный газовый поток, который вытягивается вверх за счет выталкивающих сил. Процесс начинается с нагревания фитиля, за которым следует испарение парафина.

Самую нижнюю зону, находящуюся внутри и прилегающую к нити, называют первой областью. Она обладает небольшим свечением синего цвета из-за большого количества топлива, но малого объема кислородной смеси. Здесь осуществляется процесс неполного сгорания веществ с выделением угарного газа, который в дальнейшем окисляется.

Первую зону окружает светящаяся вторая оболочка, характеризующая строение пламени свечи. В нее поступает больший кислородный объем, что обуславливает продолжение окислительной реакции с участием топливных молекул. Температурные показатели здесь будут выше, чем в темной зоне, но недостаточные для конечного разложения. Именно в первых двух областях при сильном нагревании капелек несгоревшего топлива и угольных частичек появляется светящийся эффект.

Вторая зона окружена слабозаметной оболочкой с высокими температурными значениями. В нее заходит много кислородных молекул, что способствует полному догоранию топливных частичек. После окисления веществ, в третьей зоне светящийся эффект не наблюдается.

Схематическое изображение

Для наглядности представляем вашему вниманию изображение горения свечи. Схема пламени включает:

1. Первую или темную область.
2. Вторую светящуюся зону.
3. Третью прозрачную оболочку.

Нить свечи не подвергается горению, а только происходит обугливание загнутого конца.

Горение спиртовки

Для химических экспериментов часто используют небольшие резервуары со спиртом. Их называют спиртовками. Фитиль горелки пропитывается залитым через отверстие жидким топливом. Этому способствует давление капиллярное. При достижении свободной верхушки фитиля, спирт начинает испаряться. В парообразном состоянии он поджигается и горит при температуре не более 900 °C.

Пламя спиртовки имеет обычную форму, оно практически бесцветное, с небольшим оттенком голубого. Его зоны не так четко видны, как у свечки.

У спиртовой горелки, названной в честь ученого Бартеля, начало огня располагается над калильной сеткой горелки. Такое заглубление пламени приводит к уменьшению внутреннего темного конуса, а из отверстия выходит средний участок, который считается самым горячим.

Цветовая характеристика

Излучения различных цветов пламени, вызывается электронными переходами. Их еще называют тепловыми. Так, в результате горения углеводородного компонента в воздушной среде, синее пламя обусловлено выделением соединения H-C. А при излучении частичек C-C, факел окрашивается в оранжево-красный цвет.

Трудно рассмотреть строение пламени, химия которого включает соединения воды, углекислого и угарного газа, связь OH. Его языки практически бесцветны, так как вышеуказанные частички при горении выделяют излучения ультрафиолетового и инфракрасного спектра.

Окраска пламени взаимосвязана с температурными показателями, с наличием в нем ионных частиц, которые относятся к определенному эмиссионному или оптическому спектру. Так, горение некоторых элементов приводит к изменению цвета огня в горелке. Отличия в окрашивании факела связаны с расположением элементов в разных группах системы периодической.

Огонь на наличие излучений, относящихся к видимому спектру, изучают спектроскопом. При этом было установлено, что простые вещества из общей подгруппы оказывают и подобное окрашивание пламени. Для наглядности используют горение натрия в качестве теста на данный металл. При внесении его в пламя, языки становятся ярко-желтыми. На основании цветовых характеристик выделяют натриевую линию в эмиссионном спектре.

Для щелочных металлов характерно свойство быстрого возбуждения светового излучения атомарных частиц. При внесении труднолетучих соединений таких элементов в огонь горелки Бунзена происходит его окрашивание.

Спектроскопическое исследование показывает характерные линии в области, видимой для глаза человека. Быстрота возбуждения светового излучения и простое спектральное строение тесно взаимосвязаны с высокой электроположительной характеристикой данных металлов.

Характеристика

В основе классификации пламени лежат следующие характеристики:

• состояние агрегатное сгорающих соединений. Они бывают газообразной, аэродисперсной, твердой и жидкой формы;
• тип излучения, которое может быть бесцветным, светящимся и окрашенным;
• распределительная скорость. Существует быстрое и медленное распространение;
• высота пламени. Строение может быть коротким и длинным;
• характер передвижения реагирующих смесей. Выделяют пульсирующее, ламинарное, турбулентное перемещение;
• визуальное восприятие. Вещества горят с выделением коптящего, цветного или прозрачного пламени;
• температурный показатель. Пламя может быть низкотемпературным, холодным и высокотемпературным.
• состояние фазы топливо – окисляющий реагент.

Возгорание происходит в результате диффузии или при предварительном перемешивании активных компонентов.

Окислительная и восстановительная область

Процесс окисления протекает в слабозаметной зоне. Она самая горячая и располагается вверху. В ней топливные частицы подвергаются полному сгоранию. А наличие в кислородного избытка и горючего недостатка приводит к интенсивному процессу окисления. Этой особенностью следует пользоваться при нагревании предметов над горелкой. Именно поэтому вещество погружают в верхнюю часть пламени. Такое горение протекает намного быстрее.

Восстановительные реакции проходят в центральной и нижней части пламени. Здесь содержится большой запас горючих веществ и малое количество O₂ молекул, осуществляющих горение. При внесении в эти области кислородсодержащих соединений осуществляется отщепление O элемента.

В качестве примера восстановительного пламени используют процесс расщепления железа двухвалентного сульфата. При попадании FeSO₄ в центральную часть факела горелки, происходит вначале его нагревание, а затем разложение на оксид трехвалентного железа, ангидрид и двуокись серы. В данной реакции наблюдается восстановление S с зарядом от +6 до +4.

Сварочное пламя

Данный вид огня образуется в результате сгорания смеси из газа или пара жидкости с кислородом чистого воздуха.

Примером служит формирование пламени кислородно-ацетиленового. В нем выделяют:

• зону ядра;
• среднюю область восстановления;
• факельную крайнюю зону.

Так горят многие газокислородные смеси. Различия в соотношении ацетилена и окислителя приводят к разному типу пламени. Оно может быть нормального, науглероживающего (ацетиленистого) и окислительного строения.

Теоретически процесс неполного сгорания ацетилена в чистом кислороде можно охарактеризовать следующим уравнением: HCCH + O₂ → H₂ + CO +CO (для реакции необходима одна моль O₂₎.

Полученный же молекулярный водород и угарный газ реагируют с воздушным кислородом. Конечными продуктами является вода и оксид четырехвалентного углерода. Уравнение выглядит так: CO + CO + H₂ + 1½O₂ → CO₂ + CO₂ +H₂O. Для этой реакции необходимо 1,5 моля кислорода. При суммировании O₂ получается, что 2,5 моль затрачивается на 1 моль HCCH. А так как на практике трудно найти идеально чистый кислород (часто он имеет небольшое загрязнение примесями), то соотношение O₂ к HCCH будет 1,10 к 1,20.

Когда значение пропорции кислорода к ацетилену меньше 1,10, возникает науглероживающее пламя. Строение его имеет увеличенное ядро, очертания его становятся расплывчатыми. Из такого огня выделяется копоть, вследствие недостатка кислородных молекул.

Если же соотношение газов больше 1,20, то получается окислительное пламя с кислородным избытком. Лишние его молекулы разрушают атомы железа и другие компоненты стальной горелки. В таком пламени ядерная часть становится короткой и имеет заострения.

Температурные показатели

Каждая зона огня свечи или горелки имеет свои значения, обусловленные поступлением кислородным молекул. Температура открытого пламени в разных его частях колеблется от 300 °C до 1600 °C.

Примером служит пламя диффузионное и ламинарное, которое образовано тремя оболочками. Конус его состоит из темного участка с температурой до 360 °C и недостатком окисляющего вещества. Над ним располагается зона свечения. Ее температурный показатель колеблется от 550 до 850 °C, что способствует разложению термическому горючей смеси и ее горению.

Внешняя область едва заметная. В ней температура пламени доходит до 1560 °C, что обусловлено природными характеристиками топливных молекул и быстротой поступления окисляющего вещества. Здесь горение наиболее энергичное.

Вещества воспламеняются при разных температурных условиях. Так, металлический магний горит только при 2210 °С. Для многих твердых веществ температура пламени около 350 °С. Возгорание спичек и керосина возможно при 800 °С, тогда как древесины – от 850 °С до 950 °С.

Сигарета горит пламенем, температура которого варьируется от 690 до 790 °С, а в пропан-бутановой смеси – от 790 °С до 1960 °С. Бензин воспламеняется при 1350 °С. Пламя горения спирта имеет температуру не более 900 °С.

Горелка спиртовая (спиртовка) металлическая с регулировкой параметров пламени для лабораторных работ 302

Назначение и область применения

Горелка спиртовая (далее спиртовка) применяется в качестве нагревательного
прибора для подогрева и плавления материалов, пайки низкотемпературными
припоями, стерилизации в открытом пламени инструментов, для фламбирования в
медицине, для нагрева небольших лабораторных сосудов (пробирок, колб, тиглей и
т.п.) и других подобных термических процессов.

Применяется в химических и школьных лабораториях, микробиологических,
цитологических, биотехнических лабораториях, медицинских учреждениях,
и зуботехнических лабораториях, а также везде,
где требуется применение открытого пламени небольшой тепловой мощности.

Достоинства и преимущества горелки спиртовой (спиртовки) 302

Изготовление корпуса спиртовки из тонкостенной хромированной латуни исключает разрушение спиртовки при случайных падениях и уменьшает вес спиртовки в сравнении с большинством стеклянных аналогов, изготовленных из толстого стекла.

Наличие механизма с рукояткой для изменения высоты выступающей части фитиля позволяет
плавно корректировать высоту и объем пламени спиртовки путем изменения длины выступающей части фитиля в зоне его горения непосредственно при работе спиртовки.

Металлический колпачок, постоянно закрепленный на корпусе спиртовки посредством металлической цепочки, удобен при использовании.

Условия эксплуатации

Использовать в помещении при температуре от +10 до +35 градусов Цельсия и
относительной влажности до 80% при температуре +25 градусов Цельсия.

Рекомендуется в качестве топлива для спиртовки применять спирт этиловый синтетический технический и денатурированный 92,5% по ГОСТ P 52574-2006 или спирт этиловый ректификованный технический 96% по ГОСТ 18300-87.

Техника безопасности при работе со спиртовкой приведена на сайте «Спиртовки лабораторные. Устройство и характеристики» .

Конструктивные особенности

Содержит металлический резервуар для спирта, в который опущен фитиль,
изготовленный из хлопчатобумажной ткани. В верхней части резервуара посредством резьбового
соединения закреплена головка спиртовки, имеющая фитильную трубку, в которой расположен верхний конец фитиля.

Фитиль установлен в фитильной трубке с некоторым обжатием для исключения вытекания спирта при случайном опрокидывании спиртовки.

Плавная регулировка выступающей длины фитиля обеспечивается
механизмом перемещения фитиля в фитильной трубке, который имеет зубчатое колесо небольших размеров, взаимодействующее с фитилем остриями своих зубцов через прорезь в фитильной трубке и имеющее кинематическое соединение посредством общего вала с круглой рукояткой с накаткой, которая обеспечивает вращение зубчатого колеса при указанной регулировке с преобразованием вращательного движения этого колеса в поступательное движение фитиля.

Топливо для спиртовки в объеме 75 мл
заливается через верхнее отверстие резервуара после снятия головки. Для тушения пламени имеет
колпачок, связанный с корпусом спиртовки посредством цепочки.

Все части спиртовки изготовлены из латуни с гальваническим хромированным покрытием. Длина фитильной
трубки составляет 23 мм.

Комплект поставки: спиртовка, паспорт и упаковочная тара.

По отдельному заказу поставляется комплект запасных фитилей Ф 100 .

Сервис

Имеется сервисный центр по гарантийному и послегарантийному
ремонту.

Порядок приобретения спиртовки 302

Порядок приобретения спиртовых горелок изложен на странице
«Как купить» .

Спиртовка 302 отгружается со склада в Москве во все регионы РФ.

Дезинфицирующие средства для рук на спиртовой основе и пожарная безопасность | Служба противопожарной защиты

В свете кризиса в области здравоохранения, связанного с COVID-19, Центр по контролю и профилактике заболеваний (CDC) рекомендует мыть руки с мылом и водой в течение 20 секунд; особенно после посещения туалета, перед едой и после кашля, чихания или сморкания. Но если мыло и вода недоступны, CDC рекомендует использовать дезинфицирующее средство для рук на спиртовой основе (AHBS) с содержанием спирта не менее 60%, что может помочь вам избежать заболевания и распространения микробов среди других.

Большинство продуктов ABHS содержат большое количество спирта, поэтому ABHS могут быть пожароопасными при неправильном хранении и использовании по назначению. ABHS содержат этиловый спирт, который легко испаряется при комнатной температуре в воспламеняющийся пар и поэтому классифицируется как легковоспламеняющаяся жидкость класса I, что означает, что они имеют температуру воспламенения менее 100 градусов по Фаренгейту. Хранение бутылки в сумке или дома или использование время от времени не приведет к внезапному возгоранию, а общее использование ABHS представляет низкий риск с точки зрения пожарной опасности.

Один из самых частых вопросов, которые получает служба пожарной безопасности, заключается в том, можно ли оставлять ABHS в автомобиле? Безопасно оставлять ABHS в машине, хотя это, вероятно, не лучшее место для хранения, особенно жарким техасским летом. Ранее в этом году пожарная служба Western Lakes Fire District (WLFD) в Окономовоке, штат Висконсин, разместила на своей странице в Facebook сообщение: «По своей природе большинство дезинфицирующих средств для рук основано на спирте и, следовательно, легко воспламеняется», — написал WLFD. погода, подвергание его воздействию солнца, вызывающего усиление света через бутылку, и особенно нахождение рядом с открытым огнем во время курения в транспортном средстве или приготовления пищи на гриле во время выходных — может привести к катастрофе».

Проблема в том, что люди неправильно понимают определение температуры воспламенения ABHS, которая составляет около 63 градусов по Фаренгейту. Температуру воспламенения, технический термин, используемый для характеристики склонности жидкости к горению, путают с температурой воспламенения. Температура воспламенения — это минимальная температура жидкости, при которой выделяется достаточно паров, чтобы образовать горючую смесь с воздухом, но для того, чтобы эти пары загорелись, их все же необходимо встретить с источником воспламенения.

После того, как ABHS подверглись воздействию температур, превышающих их температуру воспламенения, и были выделены пары, вам, в конечном счете, все равно придется выделять достаточное количество тепла от источника воспламенения (например, открытого огня или электрической искры), чтобы воспламенить пары. Температура воспламенения спирта в дезинфицирующем средстве составляет от 680 до 700 градусов. Температура воспламенения вещества – это наименьшая температура, при которой вещество начинает гореть. Для сравнения, бумага горит при температуре 451 градус по Фаренгейту, а пламя бутановой зажигалки сгорает при температуре около 3000 градусов. Итак, без присутствия пламени не может быть огня. Исследования показывают, что температура автомобиля под палящим летним солнцем не превышает 200 градусов по Фаренгейту. Поэтому риск взрыва при оставлении ABHS в нагретой машине очень маловероятен и не является серьезной причиной для беспокойства.

Хотя оставлять ABHS в автомобиле относительно безопасно, со временем спирт, содержащийся в ABHS, испаряется и делает его менее эффективным. Этот процесс ускоряется при высоких температурах в течение длительного периода времени. Однако, пока контейнер закрыт, вы сможете временно оставить его в машине. Если крышка, помпа или крышка плотно закрыты в автомобиле, это не ускорит процесс испарения.