Самая высокая температура в костре. Рабочие показатели температуры пламени паяльной лампы

Пла́мя представляет собой раскаленную газообразную среду, состоящую в значительной степени из частично ионизированных частиц, в котором происходят химическое взаимодействие и физико-химические превращения частиц горючего, окислителя, примесных частиц, сопровождающееся "свечением" и выделением тепла.

Иногда в научной литературе пламя относят к "холодной/низкотемпературной плазме", поскольку фактически оно представляет собой газ, состоящий из термически ионизированных частиц с небольшой величиной заряда (как правило, не более +/-2-3), тогда как "истинной", или высокотемпературной, плазмой называют состояние вещества, при котором ядра атомов и их электронные оболочки существуют раздельно.

Газообразная среда пламени содержит заряженные частицы (ионы , радикалы), что обусловливает наличие электропроводности пламени и взаимодействие его с электромагнитными полями. На этом принципе построены приборы, способные с помощью электромагнитного излучения приглушить пламя, оторвать от горючих материалов или изменить его форму .

Цвет пламени

Пламя свечи

Обычное пламя, которое мы наблюдаем при горении свечи , пламя зажигалки или спички, представляет собой поток раскалённых газов, вытянутый вертикально за счёт силы Архимеда (горячие газы стремятся подниматься вверх). Сначала фитиль свечи нагревается и парафин начинает испаряться. Для зоны 1, самой нижней, характерно небольшое синее свечение - там много топлива и мало кислорода. Поэтому, происходит неполное сгорание топлива с образованием СО , который, окисляясь на самом крае конуса пламени, придает ему синий цвет. В зону 2 за счет диффузии проникает больше кислорода, там происходит дальнейшее окисление топлива, температура больше, чем в зоне 1, но его все же недостаточно для полного сгорания топлива. В зоне 1 и зоне 2 содержатся несгоревшие капельки топлива и частицы угля. Из-за сильного нагревания они светятся. Испарившееся топливо и продукты его горения - углекислый газ и вода - почти не светятся. В зоне 3 концентрация кислорода ещё больше. Там происходит догорание несгоревших частиц топлива, которые светились в зоне 2, поэтому эта зона почти не светится, хотя там самая высокая температура.

Классификация

Пламя классифицируют по:

• агрегатному состоянию горючих веществ: пламя газообразных, жидких, твёрдых и аэродисперсных реагентов;
• излучению: светящиеся, окрашенные, бесцветные;
• состоянию среды горючее − окислитель: диффузионные, предварительно перемешанных сред;
• характеру перемещения реакционной среды: ламинарные, турбулентные, пульсирующие;
• температуре: холодные, низкотемпературные, высокотемпературные;
• скорости распространения: медленные, быстрые;
• высоте: короткие, длинные;
• визуальному восприятию: коптящие, прозрачные, цветные.

В ламинарном диффузионном пламени можно выделить 3 зоны (оболочки). Внутри конуса пламени имеются: тёмная зона (300−350 °C), где горение не происходит из-за недостатка окислителя; светящаяся зона, где происходит термическое разложение горючего и частичное его сгорание (500−800 °C); едва светящаяся зона, которая характеризуется окончательным сгоранием продуктов разложения горючего и макс. температурой (900−1500 °C). Температура пламени зависит от природы горючего вещества и интенсивности подвода окислителя.

Распространение пламени по предварительно перемешанной среде (невозмущённой), происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к поверхности пламени. Величина такой НСРП является основной характеристикой горючей среды. Она представляет собой минимально возможную скорость пламени. Значения НСРП отличаются у различных горючих смесей − от 0,03 до 15 м/с.

Распространение пламени по реально существующим газовоздушным смесям всегда осложнено внешними возмущающими воздействиями, обусловленными силами тяжести, конвективными потоками, трением и т. д. Поэтому реальные скорости распространения пламени всегда отличаются от нормальных. В зависимости от характера горения, скорости распространения пламени имеют следующие диапазоны величин: при дефлаграционном горении − до 100 м/с; при взрывном горении − от 300 до 1000 м/с; при детонационном горении − свыше 1000 м/с.

Окислительное пламя

Расположено в верхней, самой горячей части пламени, где горючие вещества практически полностью превращены в продукты горения. В данной области пламени избыток кислорода и недостаток топлива, поэтому помещённые в эту зону вещества интенсивно окисляются.

Восстановительное пламя

Это часть пламени, наиболее близко расположенная к центру или чуть ниже центра пламени. В этой области пламени много топлива и мало кислорода для горения, поэтому, если внести в эту часть пламени вещество, содержащее кислород, то кислород отнимается у вещества.

Проиллюстрировать это можно на примере реакции восстановления сульфата бария BaSO 4 . С помощью платиновой петли забирают BaSO 4 и нагревают его в восстановительной части пламени спиртовой горелки. При этом сульфат бария восстанавливается и образуется сульфид бария BaS. Поэтому пламя и называют восстановительным и горных пород, в том числе в полевых условиях, с помощью паяльной трубки.

Пламя в условиях невесомости

В условиях, когда ускорение свободного падения компенсируется центробежной силой, например, при полете по орбите земли, горение вещества выглядит несколько иначе. Поскольку ускорение свободного падения компенсировано, сила Архимеда практически отсутствует. Таким образом, в условиях невесомости горение веществ происходит у самой поверхности вещества (пламя не вытягивается), а сгорание более полное. Продукты горения постепенно равномерно распространяются в среде. Это весьма опасно для систем вентилирования. Также серьёзную опасность представляют пудры , поэтому в космосе порошкообразные материалы не применяются нигде, кроме специальных опытов именно с порошками

В струе воздуха пламя вытягивается и принимает привычный облик. Пламя газовых горелок благодаря давлению газа в условиях невесомости внешне также не отличается от горения в земных условиях.

Свечи создают праздник. Они дают свет, тепло и уют. Однако для любознательных людей пламя свечи всегда являлось объектом исследования. Что происходит в пламени? Почему оно не однородно по цвету? Какая температура внутри? Если отвечать на вопросы кратко, только для справки, то о парафиновой свече известно следующее:

В пламени различают три основные зоны. Первая зона - почти бесцветная, с синим оттенком, самая близкая к фитилю. Это зона испарения парафина. Так как кислород сюда не проникает, то газы здесь не горят. Температура самая низкая - около 600 °С. Во второй, самой яркой зоне, происходит горение. Температура достигает 800-1000 °С. Свечение оранжевого и красного цвета вызвано раскаленными частицами углерода. Третья, внешняя зона - самая горячая. Здесь происходит полное сжигание углерода и температура достигает 1400 °С. Достаточно, чтобы обжечься!

Интересно то, что объединение свечей в связки реально позволяет понизить температуру пламени примерно на 200°C или 15%. Этот феномен можно объяснить наличием большого числа фитилей внутри пламени, которое обуславливает интенсивное испарение воска, который в свою очередь вытесняет газы из зоны горения, еще прежде, чем они успевают полностью прогореть. Однако даже таким понижением температуры нельзя объяснить тот факт, что связки свечей по 33 шт., зажженных от святого огня в православную пасху, не обжигают людей. Здесь может быть только психологическое объяснение, а не физическое.

Майкл Фарадей писал, что «Явления, наблюдающиеся при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который при этом не был бы так или иначе затронут». Хочется отдельно отметить его великолепный исследовательский труд, опубликованный в 1861 г. «История свечи». На русском языке он был опубликован в серии «Библиотечка „Квант“», выпуск 2. В Интернете книга доступна по ссылке История свечи . На английском по ссылке M. Faraday, "The chemical history of a candle" Фарадей был удивительным ученым. Он изучал физические явления самозабвенно, с любовью. Он всегда находил самый простой и доступный способ изложения своих результатов. Вот строчки из вводной главы книги:

«Прежде чем я приступлю к изложению, разрешите мне предупредить вас: несмотря на глубину избранного нами предмета и несмотря на наше честное намерение разобраться в нем серьезно и на подлинно научном уровне, я хочу подчеркнуть, что не собираюсь адресоваться только к подготовленным ученым из числа здесь присутствующих. Я беру на себя смелость говорить с молодежью, и говорить так, как если бы я сам был юношей. Так я поступал и раньше, так, с вашего разрешения, буду поступать и теперь. И хотя я с полной ответственностью сознаю, что каждое произносимое мною слово адресуется в конечном счете всему миру, такая ответственность не отпугнет меня от того, чтобы и на этот раз говорить так же просто и доступно с теми, кого я считаю всего ближе к себе.»

Лекции Фарадея не были сухими и скучными. В них всегда присутствовала поэзия и личное отношение автора к предмету. В вышеупомянутом научном труде о свече он пишет:

«Сравните блеск золота и серебра и еще большую яркость драгоценных камней - рубина и алмаза, - но ни то, ни другое не сравнится с сиянием и красотой пламени. И действительно, какой алмаз может светить как пламя? Ведь вечером и ночью алмаз обязан своим сверканием именно тому пламени, которое его освещает. Пламя светит в темноте, а блеск, заключенный в алмазе, - ничто, пока его не осветит пламя, и тогда алмаз снова засверкает. Только свеча светит сама по себе и сама для себя или для тех, кто ее изготовил.»

Исследование горения свечи продолжается и в настоящее время. Несмотря на то, что экспериментировать с огнём на космических станциях очень опасно, в 1996 г. на МКС «Мир» были сожжены 80 свечей, и оказалось, что свеча, полностью сгорающая на Земле за 10 мин, может гореть на станции 45 мин. Однако пламя было очень слабым и голубоватым, его даже нельзя было заснять на видеокамеру и, чтобы доказать существование этого пламени, пришлось вносить в него кусочек воска и снимать, как он плавится. Процесс горения в условиях невесомости может поддерживаться только за счёт молекулярной диффузии или искусственной вентиляции. Без вентиляции тепловое излучение очага горения лишь охлаждает его и в конце концов может остановить процесс, не оставляя даже дыма. В обычных же условиях тепловое излучение служит положительной обратной связью, поддерживающей горение. Поэтому для прекращения пожара в невесомости достаточно выключить вентиляцию и немного подождать.

И в заключение заметки отметим, что сколько бы новых энергосберегающих лампочек не изобретали в наше время, свеча останется самой красивой, волшебной и притягательной для людей. Наверное, природное горение отражает все те же законы гармонии, по которым создан и живет человек.

• Топливо для паяльных ламп
• Температура пламени

Нынешнее поколение “левшей” редко пользуется паяльной лампой, предпочитая ей электрический промышленный фен или газовую горелку, пользоваться которыми намного проще и безопаснее. А ведь еще 40-50 лет назад паяльная лампа была практически в каждой домашней мастерской слесаря или автолюбителя, поскольку была единственным инструментом, способным разогреть различные материалы до нужной температуры.

Паяльная лампа сжигает в форсунке бензин, выдавая достаточно большую струю открытого пламя.

Но сдавать паяльную лампу в утиль в наш век научно-технического прогресса все же не стоит. Например, газовую горелку на сильном морозе разжечь практически невозможно. С промышленным феном ситуация не лучше: для его работы нужен постоянный источник электроэнергии. А старенькой паяльной лампе все эти сложности нипочем.

Принцип горения в паяльной лампе

Паяльная лампа – нагревательный прибор, работающий на жидком топливе. Ее особенность в том, что в рабочем инструменте, горелке, горят пары заправленного в лампу топлива, а не оно само. Поступая с высокой скоростью в горелку, струя таких паров всасывает в себя находящийся вокруг горелки воздух, тем самым обеспечивая себя достаточным количеством кислорода.

Такое самообеспечение очень важно, поскольку для полного сгорания 1 кг жидкого горючего на основе углеводородов нужно определенное количество кислорода. В этом случае будет достигнуто полное сгорание, после которого от горючего останется только углекислый газ и вода.

Но если просто зажечь жидкое топливо, например, бензин, в открытой емкости, он не будет полностью сгорать. На это указывает оранжево-красное пламя подобных горящих очагов, к тому же с изрядным выделением копоти. Но если в такой очаг горения искусственно нагнетать воздух, то пламя с оранжево-красного станет голубым, практически без копоти, а его температура значительно увеличится. Причиной этих изменений станет находящийся в воздухе кислород.

Именно принцип искусственного обогащения пламени воздухом, позаимствованный у газовых светильников (т.н. рожков), положен в основу работы паяльной лампы. Причем регулируется такая подача воздуха самопроизвольно: пары топлива попадают в горелку, и чем больше поступление, тем мощнее будет струя и, соответственно, тем воздуха в себя она втянет больше.

Иногда случается, что струя втягивает слишком много воздуха, и кислород не успевает полностью сгорать. В этом случае температура горения заметно снижается, поскольку избыток воздуха, проходя через горелку, охлаждает его. Однако такое случается только при использовании некачественного топлива. При нормальном наполнении горелки парами топлива втянуть в нее лишнее количестве воздуха невозможно по чисто физическим причинам.

Вернуться к оглавлению

Топливо для паяльных ламп

Универсальность паяльной лампы в том, что работать она может практически на любом, способном к возгоранию, жидком топливе: спирте, керосине, бензине, солярке, нефти. Но это вовсе не значит, что в каждую паяльную лампу можно заливать что угодно.

Топливо должно быть качественным. К тому же нужно учитывать, что неподходящий вид топлива очень быстро забьет своими испарениями форсунку. На сегодня паяльные лампы бывают трех видов:

• керосиновые;
• бензиновые;
• спиртовые.

Принцип паяльной лампы сохранился и в работе газовой горелки, поэтому некоторые специализированные источники этот прибор тоже относят к паяльным лампам, выделяя его отдельным, четвертым, видом.

Заправлять лампу другим видом топлива, не соответствующим ее конструкции, категорически запрещается инструкцией по технике безопасности. И это правило должно неукоснительно соблюдаться. Ведь залитый в бензиновую “паялку” керосин сделает из нее инструмент наподобие огнемета. Попадая в горелку, он не успеет полностью испариться, следовательно, гореть будут не пары, а сам керосин. Нормально работать такой инструмент не будет.

Еще опаснее в керосиновую паяльную лампу заливать бензин. Бензин значительно быстрее керосина испаряется, и давление его паров в горелке будет в 6 раз больше расчетного. При попытке зажечь пары взорвутся, превратив полезный инструмент в опасную бомбу. Поэтому, если вы пользуетесь керосиновой паяльной лампой, заправлять ее нужно только чистым керосином, без каких-либо примесей, не используя смесей керосина с бензином или другим топливом.

Та же ситуация и с бензиновой паяльной лампой. Ее нужно заправлять только чистым бензином. При этом показатель октанового числа бензина на работу инструмента практически не оказывает влияния: ни на быстроту воспламенения, ни на время горения, ни на температуру пламени. Но при выборе марки бензина не следует забывать, что у низкооктановых марок различных добавок и примесей намного меньше, поэтому при работе намного меньше будет загрязняться форсунка.

У спиртовых паяльных ламп маленький объем резервуара (всего 200-300 мл), соответственно, ее горение сильно ограничено во времени, поэтому сегодня вместо них мастера предпочитают пользоваться газовыми горелками.

Вернуться к оглавлению

Температура пламени

Существует убеждение среди значительной части пользователей, что качественно выполнить сложную пайку паяльной лампой невозможно и что она годится только для разогрева замерзших водопроводных и канализационных труб, прогрева двигателя при низких температурах и для других подобных работ.

Такое реноме возникло из-за невнимания к техническим характеристикам инструмента или непонимания принципа работы. Максимальную температуру, которую способно давать пламя, выходящее из паяльной лампы, 1100º С. Поэтому пытаться расплавить паяльной лампой железо, никель или хром – дело безнадежное. В то же время ее температуры вполне хватит для плавления свинца, цинка, олова или алюминия.

Чтобы не потратить время зря, лучше иметь под рукой данные плавления металлов:

Паяльник нужен дял выполнения мелкого ремонта электронных приборов, но в домашних условиях он применяется редко, поэтому покупать его не рентабельно, можно использовать его заменители.

• олово – 230ºС;
• висмут – 270ºС;
• свинец – 330ºС;
• цинк – 420ºС;
• магний – 650ºС;
• алюминий – 660ºС;
• бронза – 830ºС;
• латунь – 890ºС;
• серебро – 960ºС;
• неодим 1030ºС;
• золото – 1060ºС;
• медь – 1080ºС;
• никель – 1450ºС:
• железо – 1540ºС;
• титан – 1660ºС;
• платина – 1770ºС;
• хром – 1900ºС;
• молибден – 2620ºС.

Опираясь на эти данные, легко определить, работа с каким металлом при помощи паяльной лампы может быть осуществима без труда, с какими – возможна, но с трудом, а за работу с какими браться бесполезно.

Но возможен и вариант, когда даже работа с легкоплавящимися металлами бывает неудачной. Причиной всему неправильное использование лампы, точнее непонимание физических свойств пламени. Ведь выходящее из горелки пламя не одинаково по своим физическим составляющим.

В зависимости от избытка или недостатка в нем кислорода, оно может иметь разную температуру.

Специалисты различают три вида пламени: восстановительное или нормальное; окислительное, образующееся при избытке кислорода в смеси и способствующее окислению металлов, и науглероживающее, когда в смеси переизбыток газов горючего. При обработке металла последним происходит насыщение его поверхности углеродом, что приводит к значительному повышению ее твердости, но одновременно и хрупкости.

Сама по себе даже максимальная температура пламени не может служить гарантией качества выполненной с помощью паяльной лампы работы. При работе с этим инструментом очень важное значение имеют знания основ пайки и особенно опыт работы. Если вы не обладаете ни первым, ни вторым, то лучше обратитесь за помощью к более опытному товарищу. Ведь, какой бы простой в эксплуатации ни была лампа, из-за использования в ее работе легковоспламеняющихся взрывоопасных жидкостей, она была и остается источником повышенной опасности.

До того как залудить паяльник, следует узнать, в чем заключается данная процедура и для чего ее нужно проводить. Суть состоит в том, что в результате паек из-за перегрева жало паяльника окисляется и, соответственно, теряет способность нормально расплавлять припой.

В лабораторных условиях можно добиться бесцветного огня, который можно определить лишь по колебанию воздуха в области горения. Бытовой же огонь всегда "цветной". Цвет огня определяется, главным образом, температурой пламени и тем, какие химические вещества в нем сгорают. Высокая температура пламени дает возможность атомам перескакивать на некоторое время в более высокое энергетическое состояние. Когда атомы возвращаются в исходное состояние, они излучают свет с определённой длиной волны. Она соответствует структуре электронных оболочек данного элемента.

Знаменитый голубой огонек, который можно видеть при горении природного газа, обусловлен угарным газом, который и дает этот оттенок. Угарный газ, молекула которого состоит из одного атома кислорода и одного атома углерода, является побочным продуктом горения природного газа.

Попробуйте посыпать на конфорку газовой плиты немножко поваренной соли - в пламени появятся желтые язычки. Такое желто-оранжевое пламя дают соли натрия (а поваренная соль, напомним, это хлорид натрия). Такими солями богата древесина, поэтому обычный лесной костер или бытовые спички горят желтым пламенем.

Медь придает пламени зеленый оттенок. При высоком содержании меди в сгораемом веществе пламя имеет яркий зеленый цвет, практически идентичный белому.

Зеленый цвет и его оттенки огню придают также барий, молибден, фосфор, сурьма. В синий окрашивает пламя селен, а в сине-зеленый - бор. Красное пламя даст литий, стронций и кальций, фиолетовое – калий, желто-оранжевый оттенок выходит при сгорании натрий.

Температура пламени при горении некоторых веществ:

А знаешь ли ты...

Благодаря свойству атомов и молекул испускать свет определенного цвета был разработан метод определения состава веществ, который называется спектральным анализом . Ученые исследуют спектр, который испускает вещество, например, при горении, сравнивают его со спектрами известных элементов, и, таким образом, определяют его состав.

Виды топлива . Горение топлива - один из наиболее распространённых источников энергии, используемой человеком.

Различают несколько видов топлива по агрегатному состоянию: твёрдое топливо, жидкое топливо и газообразное топливо. Соответственно можно привести примеры: твёрдое топливо - это кокс, уголь, жидкое - нефть и продукты её переработки (керосин, бензин, масло, мазуты, газообразное топливо - это газы (метан, пропан, бутан и т.д.)

Важным параметром каждого вида топлива является его теплотворная способность , которая, во многих случаях и определяет направление использования топлива.

Теплотворная способность - это такое количество теплоты, которое выделяется при сгорании 1 кг (или 1 м 3) топлива при давлении 101,325 кПа и 0 0 C, то есть при нормальных условиях. Выражается теплотворная способность в единицах кДж/кг (килоджоуль на кг). Естественно, у разных видов топлива различные теплотворные способности:

Уголь бурый - 25550 Уголь каменный - 33920 Торф - 23900

• керосин - 35000
• дерево - 18850
• бензин - 46000
• метан - 50000

Видно, что метан из выше перечисленных видов топлива имеет самую высокую теплотворную способность.

Для того, чтобы получить тепло, содержащееся в топливе, его нужно нагреть до температуры воспламенения и, конечно же, при наличии достаточного количество кислорода. В процессе химической реакции - горения - выделяется большое количество теплоты.

Как горит уголь. Уголь нагревается, раскаляется под действием кислорода, образуя при этом оксид углерода (IV), то есть CO 2 (или углекислый газ). Затем CO 2 в верхнем слое раскалённых углей снова реагирует с углём, в результате чего образуется новое химическое соединение - оксид углерода (II) или CO - угарный газ. Но это вещество очень активное и как только в воздухе появляется достаточное количества кислорода, то вещество CO сгорает голубым пламенем с образованием того же углекислого газа.

Наверное, когда-нибудь задавали себе вопрос, какова температура пламени ?! Всем известно, что, например, для проведения некоторых химических реакций требуется произвести нагрев реагентов. Для таких целей в лабораториях используют газовую горелку, работающую на природном газе, имеющем прекрасную теплотворную способность . При горении топлива - газа химическая энергия горения превращается в тепловую энергию. Для газовой горелки пламя можно изобразить так:

Самая верхняя точка пламени - одно из самых горячих мест пламени. Температура в этой точке около 1540 0 C - 1550 0 C

Чуть ниже (около 1/4 части) - в середине пламени - самая горячая зона 1560 0 C