Alev - Flame

Diğer kullanımlar için bkz. Alev (belirsizliği giderme).

Alevler odun kömürü

Bir alev (Latince'den Flamma ) gözle görülür, gazlı bir parçası ateş. Yüksek oranda ekzotermik reaksiyon ince bir bölgede gerçekleşiyor.[1] Çok sıcak alevler sahip olmak için yeterince sıcak iyonize dikkate alınması gereken yeterli yoğunluğa sahip gazlı bileşenler plazma.[belirsiz ][kaynak belirtilmeli ]

Mekanizma

Mum alevindeki bölgeler

Alevin rengi ve sıcaklığı, alevin türüne bağlıdır. yakıt birşeye dahil olmak yanma, örneğin, bir çakmak bir mum. Uygulanan ısı yakıta neden olur moleküller içinde mum balmumu -e buharlaştırmak (Eğer bu işlem hareketsiz atmosferde gerçekleşirse oksitleyici denir piroliz ). Bu durumda, daha sonra kolayca tepki verebilirler oksijen içinde hava yeterince veren sıcaklık sonraki ekzotermik reaksiyonda daha fazla yakıtı buharlaştırmak, böylece tutarlı bir alevi sürdürmek. Alevin yüksek sıcaklığı, buharlaşan yakıt moleküllerinin ayrıştırmak, çeşitli eksik yanma ürünleri oluşturmak ve serbest radikaller ve bu ürünler daha sonra birbirleriyle ve oksitleyici reaksiyona dahil. Bir mumdan alevin tüm farklı kısımlarını soğuk metal bir kaşıkla inceleyebiliriz:[2] Daha yüksek kısımlar, yanmanın sonucu olan su buharıdır; ortadaki sarı kısımlar is; hemen yanında mum fitili yanmamış balmumu. Yeterli enerji alevde olacak heyecanlandırmak elektronlar bazı geçici reaksiyon ara maddelerinde, örneğin metilidin kökü (CH) ve iki atomlu karbon (C2), görünür emisyonla sonuçlanan ışık Bu maddeler fazla enerjilerini saldıklarından (hangi spesifik radikal türlerin hangi spesifik renkleri ürettiğinin açıklaması için aşağıdaki spektruma bakınız). Bir alevin yanma sıcaklığı arttıkça (alev, küçük parçacıklar içeriyorsa) yanmamış karbon veya başka bir malzeme), aynı şekilde ortalama enerjisi Elektromanyetik radyasyon alev tarafından verilen (bkz. Siyah gövde ).

Alev üretmek için oksijenin yanı sıra diğer oksitleyiciler de kullanılabilir. Hidrojen yanıyor klor bir alev üretir ve süreçte gaz halinde yayar hidrojen klorür (HCl) yanma ürünü olarak.[3] Birçok olası kimyasal kombinasyondan bir diğeri ise hidrazin ve nitrojen tetroksit hangisi hipergolik ve yaygın olarak kullanılır roket motorları. Floropolimerler tedarik etmek için kullanılabilir flor metalik yakıtların oksitleyicisi olarak, ör. içinde magnezyum / teflon / viton kompozisyon.

kimyasal kinetik alevde meydana gelen çok karmaşıktır ve tipik olarak çok sayıda kimyasal reaksiyonlar ve ara türler, çoğu radikaller. Örneğin, iyi bilinen bir kimyasal kinetik şeması, GRI-Mech,[4] 53 tür ve 325 temel reaksiyonu kullanarak biyogaz.

Gerekli yanma bileşenlerini bir aleve dağıtmanın farklı yöntemleri vardır. İçinde difüzyon alevi oksijen ve yakıt birbirine yayılır; alev karşılaştıkları yerde ortaya çıkar. İçinde önceden karıştırılmış alev oksijen ve yakıt önceden karıştırılır ve bu da farklı bir alev türü ile sonuçlanır. Mum alevleri (bir difüzyon alevi) buharlaşma yükselen yakıtın laminer akış Daha sonra çevredeki oksijenle karışan ve yanan sıcak gaz.

Renk

Ayrıca bakınız: Alev testi
Mavi (önceden karıştırılmış, yani tam yanma) alevin spektrumu bütan meşale gösteren moleküler radikal bant emisyonu ve Kuğu bantları. Üretilen ışığın neredeyse tamamının, kurumsuz hidrokarbon alevlerinin mavimsi rengini oluşturan, yaklaşık 565 nanometrenin altındaki spektrumun mavi ila yeşil bölgesinde olduğuna dikkat edin.

Alev rengi birkaç faktöre bağlıdır, en önemlisi tipik olarak siyah vücut radyasyonu ve spektral bant her ikisi ile emisyon spektral çizgi emisyon ve spektral çizgi absorpsiyonu daha küçük roller oynamaktadır. En yaygın alev türünde, hidrokarbon Rengi belirleyen en önemli faktör olan alevler, oksijen kaynağı ve yakıt-oksijen ön karışımının kapsamını belirleyen yanma hızı ve dolayısıyla sıcaklık ve reaksiyon yolları, böylece farklı renk tonları üretir.

Farklı alev türleri Bunsen brülör oksijen kaynağına bağlıdır. Solda önceden karıştırılmış oksijen içermeyen zengin bir yakıt, sarı bir isli difüzyon alevi üretir; sağda zayıf, tamamen oksijenle önceden karıştırılmış bir alev kurum oluşturmaz ve alev rengi özellikle CH ve C2 olmak üzere moleküler radikaller tarafından üretilir bant emisyonu.

İçinde laboratuar normalin altında Yerçekimi kapalı hava girişli koşullarda ve Bunsen brülör tepe sıcaklığı yaklaşık 2.000 K (3.100 ° F) olan sarı alevle (güvenlik alevi olarak da adlandırılır) yanar. Sarı kaynaklanıyor akkor Alevde üretilen çok ince kurum partikülleri. Hava girişi açıldığında daha az kurum üretilir. Yeterli hava verildiğinde kurum oluşmaz ve alev maviye döner. (Bu mavinin çoğu, daha önce parlak sarı emisyonlarla gizlenmişti.) Önceden karıştırılmış (tam yanma) spektrumu bütan sağdaki alev, mavi rengin özellikle heyecanlı moleküler radikaller ışıklarının çoğunu the565 nanometrenin çok altında yayan alevde, mavi ve yeşil bölgelerde görünür spektrum.

Bir difüzyon (tamamlanmamış yanma) alevinin daha soğuk olan kısmı, siyah cisim radyasyon spektrumundaki değişikliklerle kanıtlandığı gibi sıcaklık arttıkça turuncu, sarı ve beyaza dönüşecek şekilde kırmızı olacaktır. Belirli bir alev bölgesi için, bu ölçekte beyaza ne kadar yakınsa, alevin o bölümü o kadar sıcaktır. Geçişler genellikle yakıta en yakın yayılan rengin beyaz, üzerinde turuncu bir bölümün olduğu ve en yüksek kırmızımsı alevlerin olduğu yangınlarda belirgindir.[5] Mavi renkli bir alev, yalnızca kurum miktarı azaldığında ve mavi emisyonlar Mavi renk genellikle havada asılı kurumun daha az yoğunlaştığı mum tabanının yakınında görülebilmesine rağmen, uyarılmış moleküler radikallerden baskın hale gelir.[6]

Parlak renklere sahip uyarılabilir türlerin tanıtılmasıyla aleve belirli renkler kazandırılabilir. Emisyon spektrumu çizgiler. İçinde analitik Kimya, bu efekt kullanılır alev testleri bazı metal iyonlarının varlığını belirlemek için. İçinde piroteknik, piroteknik renklendiriciler parlak renkli üretmek için kullanılır havai fişek.

Sıcaklık

Bir alev testi için sodyum. Bu gaz alevindeki sarı rengin, siyah cisim emisyonu is parçacıklar (alev açıkça önceden karıştırılmış mavi bir tam yanma alevi olduğundan), ancak bunun yerine spektral çizgi sodyum atomlarının emisyonu, özellikle çok yoğun sodyum D hatları.

Bir alevin sıcaklığına bakıldığında, değişen veya uygulanabilecek birçok faktör vardır. Önemli olanı, alev renginin bir sıcaklık karşılaştırması belirlemesi gerekmemesidir, çünkü görülen rengi üreten veya belirleyen tek şey siyah cisim radyasyonu değildir; bu nedenle sadece bir sıcaklık tahminidir. Sıcaklığını belirleyen diğer faktörler şunlardır:

  • Adyabatik alev; yani atmosfere ısı kaybı olmaz (bazı kısımlarda farklılık gösterebilir)
  • Atmosferik basınç
  • Yüzde oksijen içeriği atmosfer
  • Kullanılan yakıt türü (yani, sürecin ne kadar hızlı gerçekleştiğine; yanmanın ne kadar şiddetli olduğuna bağlıdır)
  • Hiç oksidasyon yakıtın
  • Atmosfer sıcaklığı, adyabatik alev sıcaklığına bağlanır (yani, ısı daha soğuk bir atmosfere daha hızlı aktarılır)
  • Nasıl stokiyometrik yanma süreci (1: 1 stokiyometriklik), hiçbir ayrışmanın en yüksek alev sıcaklığına sahip olmayacağını varsayar; fazla hava / oksijen, hava / oksijen eksikliği gibi onu düşürecektir

Yangınlarda (özellikle ev yangınları ), daha soğuk alevler genellikle kırmızıdır ve en çok Sigara içmek. Burada alevlerin tipik sarı rengine kıyasla kırmızı rengi, sıcaklığın daha düşük olduğunu göstermektedir. Bunun nedeni, odada oksijen eksikliği olması ve bu nedenle eksik yanma ve alev sıcaklığı düşüktür, genellikle sadece 600 ila 850 ° C (1,112 ila 1,562 ° F). Bu, bir çok karbonmonoksit (yanıcı bir gaz olan) oluşur ve bu, en büyük risk olduğunda backdraft. Bu meydana geldiğinde, yanıcı gazlar alevlenme noktası kendiliğinden yanmanın% 50'si oksijene, karbon monoksite ve aşırı ısıtılmış hidrokarbonlara maruz kalır ve 2.000 ° C'ye (3.630 ° F) kadar geçici sıcaklıklar oluşur.[kaynak belirtilmeli ]

Ortak sıcaklıklar

Bu, çeşitli yaygın maddeler için alev sıcaklıkları hakkında kabaca bir kılavuzdur (1 atm basınçta 20 ° C (68 ° F) havada):

Malzeme yandıAlev sıcaklığı
Odun kömürü ateş750–1.200 ° C (1.382–2.192 ° F)
Metan (doğal gaz)900–1.500 ° C (1.652–2.732 ° F)
Bunsen brülör alev900–1.600 ° C (1.652–2.912 ° F) [hava valfine bağlı olarak, açın veya kapatın.]
Mum alev-1,100 ° C (-2,012 ° F) [çoğunluk]; sıcak noktalar 1.300–1.400 ° C (2.372–2.552 ° F) olabilir
Propan kaynak makinesi1.200–1.700 ° C (2.192–3.092 ° F)
Backdraft alev tepe1.700–1.950 ° C (3.092–3.542 ° F)
Magnezyum1.900–2.300 ° C (3.452–4.172 ° F)
Hidrojen meşale≈2.000 ° C'ye kadar (≈3.632 ° F)
MAPP gazı2.020 ° C (3.668 ° F)
Asetilen lehim lâmbası/kaynak makinesi≈2,300 ° C'ye (≈4,172 ° F) kadar
Oksiasetilen3,300 ° C'ye kadar (5,972 ° F)
Malzeme yandıMaks. Alan sayısı alev sıcaklığı (havada, difüzyon alevi)[5]
Hayvansal yağ800–900 ° C (1.472–1.652 ° F)
Gazyağı990 ° C (1.814 ° F)
Benzin1.026 ° C (1.878.8 ° F)
Odun1.027 ° C (1.880.6 ° F)
Metanol1.200 ° C (2.192 ° F)
Odun kömürü (zorunlu taslak)1.390 ° C (2.534 ° F)

En yüksek sıcaklık

Disiyanoasetilen, bir bileşik karbon ve azot ile kimyasal formül C4N2 5,260 sıcaklıkta parlak mavi-beyaz alevle oksijende yanarK (4.990 ° C; 9.010 ° F) ve 6.000 K'ye (5.730 ° C; 10.340 ° F) kadar ozon.[7] Bu yüksek alev sıcaklığı kısmen yakıtta hidrojen bulunmamasından kaynaklanmaktadır (disiyanoasetilen bir hidrokarbon değildir) bu nedenle yanma ürünleri arasında su yoktur.

Siyanojen, ile formül (C N)2, oksijende yandığında 4,525 ° C'nin (8,177 ° F) üzerinde bir sıcaklıkla bilinen en sıcak ikinci doğal alevi üretir.[8][9]

Soğuk alevler

Ana makale: Serin alev

120 ° C (248 ° F) kadar düşük sıcaklıklarda, yakıt-hava karışımları kimyasal olarak reaksiyona girebilir ve soğuk alev adı verilen çok zayıf alevler üretebilir. Bu fenomen tarafından keşfedildi Humphry Davy Süreç, reaksiyona giren karışımın iyi bir sıcaklık ve konsantrasyon dengesine bağlıdır ve koşullar uygunsa, herhangi bir harici ateşleme kaynağı olmadan başlayabilir. Kimyasalların dengesindeki döngüsel değişimler, özellikle reaksiyondaki ara ürünler, yaklaşık 100 ° C (212 ° F) veya "soğuk" ile tam ateşleme arasında tipik bir sıcaklık değişimi ile alevde salınımlar sağlar. Bazen bu değişiklik bir patlamaya neden olabilir.[10][11]

Mikro yerçekiminde

İçinde sıfır-G, konveksiyon sıcak yanma ürünlerini yakıt kaynağından uzaklaştırmaz ve küresel bir alev cephesi oluşturur.

2000 yılında NASA tarafından yapılan deneyler, yerçekiminin alev oluşumu ve bileşiminde dolaylı bir rol oynadığını doğruladı.[12] Bir alevin normal yerçekimi koşulları altında ortak dağılımı şunlara bağlıdır: konveksiyon is, alevin tepesine yükselme eğiliminde olduğundan (normal yerçekimi koşullarında bir mum gibi), onu sarı yapar. İçinde mikro yerçekimi veya sıfır yer çekimi gibi ortam yörünge, Doğal konveksiyon artık oluşmaz ve alev, daha mavi ve daha verimli olma eğilimiyle küresel hale gelir. Bu fark için birkaç olası açıklama vardır; bunlardan en muhtemel olanı, kurumun oluşmadığı ve tam yanmanın meydana geldiği sıcaklığın yeterince eşit bir şekilde dağıldığı hipotezidir.[13] Tarafından yapılan deneyler NASA Mikro yerçekimindeki difüzyon alevlerinin, difüzyon alevlerine göre üretildikten sonra daha fazla kurumun tamamen oksitlenmesine izin verdiğini ortaya koymaktadır. Dünya, mikro yerçekiminde normal yerçekimi koşullarına göre farklı davranan bir dizi mekanizma nedeniyle.[14] Bu keşiflerin potansiyel uygulamaları var uygulamalı bilim ve endüstri özellikle ilgili yakıt verimliliği.

Termonükleer alevler

Alevlerin sadece kimyasal enerji açığa çıkmasıyla tetiklenmesine gerek yoktur. Yıldızlarda, hafif çekirdeklerin (karbon veya helyum gibi) ağır çekirdeklere (demir grubuna kadar) yakılmasıyla tahrik edilen ses altı yanan cepheler alev olarak yayılır. Bu, bazı modellerde önemlidir. Tip Ia süpernova. Termonükleer alevlerde, ısı iletimi türlerin difüzyonuna hâkimdir, bu nedenle alev hızı ve kalınlığı, termonükleer enerji serbest bırak ve termal iletkenlik (genellikle şeklinde dejenere elektronlar ).[15]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Hukuk, C. K. (2006). "Laminer önceden karıştırılmış alevler". Yanma fiziği. Cambridge, İngiltere: Cambridge University Press. s. 300. ISBN  0-521-87052-6.
  2. ^ "Ateş Nedir?". Alındı 27 Kasım 2019.
  3. ^ "Klorun Hidrojen ile Reaksiyonu". Arşivlenen orijinal 20 Ağustos 2008.
  4. ^ Gregory P. Smith; David M. Golden; Michael Frenklach; Nigel W. Moriarty; Boris Eiteneer; Mikhail Goldenberg; C. Thomas Bowman; Ronald K. Hanson; Soonho Song; William C. Gardiner, Jr.; Vitali V. Lissianski; Zhiwei Qin. "GRI-Mech 3.0". Arşivlenen orijinal 29 Ekim 2007'de. Alındı 8 Kasım 2007.
  5. ^ a b Christopher W. Schmidt; Steve A. Symes (2008). Yanmış insan kalıntılarının analizi. Akademik Basın. s. 2–4. ISBN  0-12-372510-0.
  6. ^ Jozef Jarosinski; Bernard Veyssiere (2009). Yanma Olayları: Seçilmiş Alev Oluşumu, Yayılma ve Sönme Mekanizmaları. CRC Basın. s. 172. ISBN  0-8493-8408-7.
  7. ^ Kirshenbaum, A. D .; A. V. Grosse (Mayıs 1956). "Karbon Subnitrürün Yanması, NC4N ve 5000–6000 ° K Aralığında Sürekli Sıcaklık Üretimi için Kimyasal Yöntem ". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 78 (9): 2020. doi:10.1021 / ja01590a075.
  8. ^ Thomas, N .; Gaydon, A. G .; Brewer, L. (1952). "Siyanojen Alevler ve N'nin Ayrışma Enerjisi2". Kimyasal Fizik Dergisi. 20 (3): 369–374. Bibcode:1952JChPh..20..369T. doi:10.1063/1.1700426.
  9. ^ J. B. Conway; R.H. Wilson Jr .; A.V. Grosse (1953). "SİYANOJEN-OKSİJEN ALEVİNİN SICAKLIĞI". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 75 (2): 499. doi:10.1021 / ja01098a517.
  10. ^ Pearlman, Howard; Chapek, Richard M. (24 Nisan 2000). "Mikro Yerçekiminde Soğuk Alevler ve Kendiliğinden Tutuşma". NASA. Arşivlenen orijinal 1 Mayıs 2010'da. Alındı 13 Mayıs 2010.
  11. ^ Jones, John Clifford (Eylül 2003). "Düşük sıcaklıkta oksidasyon". Hidrokarbon proses güvenliği: öğrenciler ve profesyoneller için bir metin. Tulsa, tamam: PennWell. s. 32–33. ISBN  978-1-59370-004-1.
  12. ^ Mikro yerçekiminde sarmal alevler Arşivlendi 19 Mart 2010 Wayback Makinesi, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi, 2000.
  13. ^ Mikro Yerçekiminde Mum Alevi Arşivlendi 26 Ekim 2011 Wayback Makinesi. NASA
  14. ^ C. H. Kim et al. Laminer Kurum İşlemleri Deneyi Alev Radyasyonuna Işık Tutuyor Arşivlendi 11 Ocak 2014 Wayback Makinesi. NASA, HTML Arşivlendi 20 Temmuz 2012 Wayback Makinesi
  15. ^ Timmes, F. X .; Woosley, S. E. (1 Eylül 1992). "Nükleer alevlerin iletken yayılımı. I - Dejenere C + O ve O + Ne + Mg beyaz cüceler". Astrofizik Dergisi. 396: 649–667. Bibcode:1992ApJ ... 396..649T. doi:10.1086/171746.

Dış bağlantılar