Температура огня различных источников пламени
Температура огня заставляет в новом свете увидеть обыкновенные вещи – вспыхнувшую белым спичку, голубое свечение горелки газовой печки в кухонной комнате, оранжево-красные язычки над пылающим деревом. Человек не обращает внимания на огонь, пока не обожжёт концы пальцев. Или не спалит картошку на сковородке. Или не прожжёт подошву кроссовок, сохнущих над костром.
Когда первая боль, страх и разочарование проходят, приходит время философских размышлений. О природе, палитре цветов, температуре огня.
Горит, как спичка
Коротко о строении спички. Она состоит из палочки и головки. Палочки делают из древесины, картона и хлопчатобумажного жгута, пропитанного парафином. Дерево подбирают мягких пород – тополь, сосну, осину. Сырьё для палочек называют спичечной соломкой. Во избежание тления соломки, палочки наполняют ортофосфорной кислотой. Российские заводы делают соломку из осины.
Головка спички проста по форме, но трудна по химическому составу. Темно-коричневая голова спички имеет семь элементов: окислители — бертолетова соль и дихромат калия; стекляннюу пыль, сурик свинцовый, серу, костный клеевой состав, цинковые белила.
Температура огня спички равна температуре загорания древесины. Благодаря этому белесая вспышка серной головки меняется жёлто-оранжевым язычком спички.
Если внимательно осматривать горящую спичку, то взгляду предстают три зоны пламени. Нижняя – прохладная голубая. Средняя в 1,5 раза теплее. Верхняя – горячая территория.
Огненный дизайнер
При слове «костёр» вспыхивают не меньше ярко ностальгические воспоминания: дым костра, образующий доверительную обстановку; красные и жёлтые огни, летящие к ультрамариновому небу; переливы язычков с голубого до рубиново–в красном цвете; багряные остывающие угли, в которых печётся «пионерская» картошка.
Изменяющийся цвет пылающего дерева сообщает о температурных изменениях огня в костре. Тление дерева (потемнение) начинается со 150°. Загорание (задымление) происходит в интервале 250-300°. При одинаковом поступлении кислорода породы деревьев горят при несовпадающих температурах. Исходя из этого, градус костра тоже отличается. Берёза горит при 800 градусах, ольха – при 522°, а ясень и бук – при 1040°.
Энтузиасты научных опытов измеряют температуру огня в костре прибором с названием пирометр. Изготавливают три типа пирометров: оптические, радиационные, спектральные. Это бесконтактные приборы, разрешающие оценивать мощность излучения тепла.
Изучаем огонь на своей кухонной комнате
Кухонные кухонные плиты работают на 2-х видах топлива:
- Магистральный сетевой газ метан.
- Пропан–бутановая сжиженная смесь из баллонов и газгольдеров.
Химсостав топлива определяет температуру огня кухонной плиты. Метан, сгорая, образовывает огонь мощностью 900 градусов в верхней точке.
Сжигание сжиженной смеси даёт жар до 1950°.
Чуткий наблюдатель отметит неравномерность раскраски язычков горелки кухонной плиты. Изнутри огненного факела происходит дробление на три зоны:
- Тёмный участок, размещенный возле конфорки: тут нет горения из-за минуса кислорода, а температура зоны равна 350°.
- светлый участок, лежащий в самом центре факела: горящий газ разогревается до 700°, но горючее горит не до конца из-за минуса окислителя.
- Полупрозрачный верхний участок: может достигать температуры 900°, и сгорание газа настоящее.
Цифры температурных зон огневого факела показаны для метана.
Правила безопасности при огневых мероприятиях
Разжигая спички, камин, плиту газовую, побеспокойтесь о проветривания помещения. Обеспечьте приток кислорода к топливу.
Не стоит пытаться собственными силами ремонтировать оборудование работающее на газу. Газ не любит любителей.
Возникновение оранжевых и оттенков желтого в огне конфорки сообщает про необходимость профилактических действий с плитой. Мастера прочистят оборудование, удалят пыль и сажу, горение которых и изменяет обыкновенный цвет огня.
Порой огонь в горелке становится красным. Это сигнал опасного содержания угарного газа в газообразных, жидких и твердых веществах. Поступления кислорода к топливу настолько мало, что плита даже тухнет. Монооксид углерода без вкуса и запаха, и человек рядом с источником выделения плохого вещества заметит очень поздно, что отравился. Благодаря этому красный цвет газа просит срочного вызова профессионалов для предупреждения и наладки оборудования.
Температура горения дров разных древесных пород
Владельцы собственных домов, использующие для обогревания собственных жилищ котлы твердотопливного отопления и печи, часто внимание обращают на этот параметр, как температура горения дров. Интерес к вопросам понятен, ведь для хозяина дома главное получить очень много тепла. Исходя из этого, во время заготовки топлива на зиму нужно побеспокоиться о необходимом количестве дров на весь сезон. В действительности вопрос отдачи тепла древесины стоит чуть шире и будет зависеть не только от температуры, но и других показателей. Каких – рассмотрим в этом материале.
Температура горения и отдача тепла
Эти два параметра связаны, чем выше температура горения дров в печи или твердотопливном котле, тем больше тепла выделяется. Однако каждый, кому как то приходилось топить печь различными древесными породами, замечал, что одни дрова ярко пылают, выделяя невыносимый жар, а иные вяло горят и тепла дают крайне мало.
Проблема в том, что разнообразные породы дерева имеют разную температуру горения и удельную теплотворность.
Чтобы понимать, как велика разница эта, ниже предлагается таблица температуры горения разных древесных пород в оптимальных условиях. Вы спросите – прекрасные условия – это какие? Собственно, их три:
- древесина имеет в себе минимум влаги;
- процесс идет в пространстве закрытого типа;
- в территорию горения подается собственно столько кислорода, сколько нужно для настоящего сжигания.
Для справки. Дуб, бук и лиственница считаются дорогими породами древесины, в качестве основополагающего топлива они применяются чрезвычайно редко. Разве что их отходы в виде стружки, опилок и горбылей.
Как мы уже говорили выше, данные будут неполными, если не представить удельную теплоту сгорания каждой из пород. Ниже в таблице показаны значения отдачи тепла дров, выраженные в самых разных единицах и в отношении к весу и объему топлива:
Все табличные данные являются справочными и пригодятся для приблизительного расчета количества топлива, что делается с большим запасом. Еще по ним можно догадаться, что дуб и береза горят существенно жарче, чем тополь и ольха, а поэтому отдадут больше энергии тепла. Но таблицы не могут представлять функциональную ценность для простого хозяина дома, ведь условия сжигания в реальности далеки от прекрасных.
В реальности температура горения дерева в самых разных печах и каминах никогда не может достигать значений, перечисленных в таблице. Для этого необходимо, чтобы дрова были полностью сухими, чего не бывает в жизни, люди сжигают в камере сгорания такое горючее, какое у них имеется в наличии. Уменьшается температура и от минуса кислорода. Детальнее данные вопросы мы будем рассматривать ниже.
Зависимость от влаги
Любое свежесрубленное дерево имеет очень высокую влажность, примерно ее значение находится в диапазоне 45—55%, а у конкретных пород содержание влаги доходит и до 65%. Что происходит при возгорании подобных дров? Часть выделяющегося тепла просто тратится на парообразование воды, благодаря этому температура горения древесины не может повыситься до самой большой. Исходя из этого, падает и отдача тепла.
Дабы получить нужное кол-во теплоты для обогревания дома, можно пойти 2-мя путями:
- лучшее решение – высушить дрова. Чтобы достичь подходящей влаги, их нужно разрезать и расколоть, а потом сложить в штабель под выступом крыши или в сарае. Срок природной сушки – минимум 1 год. Через 1.5 года, когда поленница выстоит 2 летних сезона, вы точно получите дрова влажностью до 20%.
- жечь свежесрубленное горючее или то, что имеется в наличии. Тогда нужно понимать, что расход дров будет едва ли не в два раза больше положенного и заготовить соответствующе кол-во. Уже не говоря про то, что в газоходах и дымовой трубе рекордными темпами будет оседать копоть.
Примечание. Некоторые породы дерева негодны к сжиганию в камере сгорания котла или печи в свежесрубленном виде. К таким относится ива и тополь, они будут гореть очень плохо и абсолютно не дадут тепла.
Чтобы узнать отдачу тепла дров, сложенных в поленницу, нужно снять ее размеры, а потом выяснить общее кол-во теплоты, пользуясь данными таблицы. В ней теплотворность на единицу складского объема указана в зависимости от влаги:
Породы, чья теплотворная способность наиболее высока, можно сжигать свежесрубленными, имея в виду предостережения, выше описанные. К примеру, отдача тепла и температура горения дуба, ясеня и березы наивысшие, так что их хватит на влажностное испарение и обогревания приватного дома. Хуже дело обстоит с хвойными породами – сосной и елью, однако они могут удачно гореть из-за собственной смолистости. Не до конца сухую сосну лучше ложить в уже разогретую камеру сгорания.
Вывод тут простой: чем лучше у вас получится высушить дерево, тем окажется больше температура сжигания и больше теплоты выделится, а расход дров станет меньше.
Зависимость от воздушной подачи
Парадокс в том, что температуру горения и отдачу тепла топлива мы уменьшаем сами путем ограничения поступления кислорода. Заслонки печи или котла прикрываются с целью расширить продолжительность процесса и подобным образом, согласно нашей точке зрения, экономить горючее. Исключение — температура горения костра в камине открытого типа, куда воздух из помещения поступает свободно.
Однако даже каминный костер подчиняется химической формуле замечательного горения древесины, представленной в упрощенном виде:
С + 2Н2 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + Q (теплота).
В левой части уравнения – углерод и водород, сжигаемые в наличии кислорода. В правой – продукты горения, это углекислый газ, вода и выделяющееся тепло, что мы применяем для обогрева. В работе в топочную камеру нужно подавать воздух в количестве 130% от объема, необходимого для сжигания. Тогда сухие дрова при возгорании развивают температуру, близкую к самой большой.
Когда мы прикрываем подачу воздуха заслонками, уравнение нарушается, в нем рождается 3-ий компонент – монооксид углерода (СО). Это результат того, что не все атомы углерода повстречали по два атома кислорода, им просто не хватило для этого воздуха. Недожженный монооксид углерода летит в трубу, температура в топливнике уменьшается, а за ней и отдача тепла.
Серьезный подход – это установить буферную емкость и каждый раз выводить котел на твердом топливе на самый большой рабочий режим с достаточной подачей воздуха и полноправным сжиганием. А вот с печами такой фокус не пройдёт, они греют воздух помещения, а не воду в системе, так что накоплять тепло не выйдет. Вот почему при возгорании смоленых дров, да и вообще, любой древесины в печах всегда есть монооксид углерода.
Не забывайте, кол-во угарного газа зависит от того, насколько закрыта подача воздуха. Чем меньше кислорода проходит в топочную камеру, тем больше образуется угара, а тепла — меньше.
Заключение
Кроме указанных факторов, на настоящую отдачу тепла оказывает влияние КПД теплогенератора. К примеру, как бы ни была велика температура в топливнике буржуйки, печка может отобрать только 40% образующегося тепла. Остальное улетает в дымотвод, и это нужно предусматривать при дровозаготовке. КПД котлов работающих на твёрдом топливе намного больше – до 80%.
Температура огня при возгорании древесины в костре
Первые химики думали, что огонь вызывается выделением из тел вещества «флогистон», который содержат все взрывчатые и горючие материалы. Но в восемнадцатом веке доказали, что основой горения считается менее загадочный компонент — кислород. Согласно данной модели явления, пламя указывает на место взаимные действия окислителя с горючим материалом, а его цвет — на температуру огня.
Огонь и люди в древности
Контролируемое применение огня для оснащения себя теплом и светом — одно из первых легендарных достижений человечества. Это позволило древним людям постичь места с более жёстким климатом, готовить пищу, защищаться от хищников и обрабатывать определенные материалы. Доказали, что предки сегодняшних людей знали, как пользоваться огнём как минимум 790 тысяч лет. Некоторые археологические данные говорят об применении его существенно раньше:
- 1,6 млн лет тому назад — анализ сгоревших костей антилоп в одной из пещер Южной Африки подтверждает тот факт, что их сожгли австралопитеки в рукотворном костре.
- 1,9 млн лет тому назад — в другой пещере на границе пустыни Калахари были найдены следы старейшего контролируемого огня. Предварительные сведения говорят про то, что гомо эректус готовили пищу на костре с момента собственного возникновения.
Огонь считается очень важным для развития человека, так как позволил предкам готовить пишу и обогреваться
Многие культуры не одну тысячу лет поклонялись открытому пламени и применяли его в религиозных обрядах.
Роль основного элемента во многих церемониях огонь сберег и до реальных дней. Его значение для людей было до такой степени велико, что он стал мифическим героем и основой мировоззренческих систем: Прометей похитил огонь у богов, чтобы отдать его людям; Аристотель определил его в качестве одного из четырёх природных компонентов; китайские философы дали ему роль одной из пяти сущностей, из которых состоит все живое.
Физика процесса
Огнём называют бурное окисление материалов в процессе необратимой экзотермической реакции с энерговыделением в виде тепла и света. Огонь появляется в конечном итоге возгорания горючего при необходимом количестве кислорода, позволяющем поддерживать скорость окисления на уровне цепной реакции. Пламя — видимая газообразная часть огня. Над жидкостью оно появляется в результате её испарения, над твёрдым топливом благодаря выделению из него горючего газа в процессе пиролиза.
Огонь – бурное окисление материалов в процессе необратимой экзотермической реакции с энерговыделением в виде тепла и света
Основной окрас пламени меняется с температурой открытого огня. Хорошей иллюстрацией данного явления может быть горение классического костра. Рядом с дровами, где происходит самая кипучая реакция, огонь белый, переходящий в жёлтый. Над этой областью цвет меняется на оранжевый, маркирующий территорию, в которой холоднее. Следующий, ещё более холодный участок — красный. Над ним реакция практически не случается, а выше можно видеть такие несгоревшие частицы углерода как дым. Диапазон температур горения костра соответственно с палитрой цветов выглядит так:
- еле заметный красный — 500°C;
- вишнёвый тёмный — 800°C;
- вишнёво-красный светлый —1000°C;
- глубокий красно-оранжевый — 1100°C;
- светлый оранжево-жёлтый — 1200°C;
- белесовато-жёлтый — 1300°C;
- светлый белый 1400°C;
- ослепительно белый — 1500°C.
Фазы горения
По существу, деревья — экстракт энергии излучения Солнечного света. Листья растительности работают как маленькие фотоэлектрические батареи, поглощающие световую энергию, чтобы при помощи нее изменить воду, углекислый газ и минералы в органические вещества. Горение можно рассматривать как процесс обратный фотосинтезу. Поджигание дров высвобождает накопившуюся за время жизни растения энергию, выполняя её в виде большой температуры огня в костре. Горение древесины проходит три фазы:
- Влажностное испарение под температурным воздействием открытого пламени. Каждая древесина имеет влажность, после поджигания вода в ней закипает и выветривается через трещины. Потому как большая часть подводимого тепла тратится на парообразование, удачное поджигание либо просит сухих дров, либо приличного количества тепла. Первая фаза заканчивается при достижении древесиной 100°C.
- Температурное увеличение и газификация древесины. При 150 °C дерево начинает разлагаться на угли и летучие горючие вещества, комфортная температура для данного процесса — от 280°C. Воспламенение газов происходит при температуре между 260 и 315°C с будущим заметным пламенным горением. При 700°C и выше начинается процесс выделения и сжигания газов с большой теплотворной способностью. Фаза кончается с прекращением образования летучих горючих веществ.
- Углеродное горение. После выделения первичных и вторичных газов остаются углеродные цепи и несгораемые вещества. Углерод, или кокс, горит долго и без видимого пламени. Стадия кончается полным сгоранием твёрдых веществ в древесине до невоспламеняющейся золы.
Искусство истопника или разжигателя костров находится в знаниях и навыках, нужных для оснащения прекрасных условий протекания горения во всех трёх фазах: от поддержания температуры пламени костра до подачи нужного количества кислорода.
Виды древесины
Имеется несколько закономерностей, обуславливающих разницу в горении разных древесных пород. В первую очередь это наличие смол — они ощутимо добавляют теплотворной способности дровам. Мягкий лес горит легче из-за невысокой плотности. Тяжёлые породы долго поддерживают горение.
Тогда как плотность дерева значительно может меняться от вида к виду, теплотворная способность их на единицу массы почти что одинакова (кроме хвойных смолистых пород). Неважно, какие виды деревьев пошли на дрова, влажность — решающий фактор, действующий как на процесс горения, так и на тепловой результат.
Знание различных пород дерева дает возможность получить удобное горение с небольшим расходом дров
Список свойств древесины некоторых пород:
- акация — горит неторопливо и даёт много тепла, высыхает очень быстро, в кострище издаёт отличительный треск;
- берёза — горит легко, быстро загорается даже мокрой, даёт ровный и стабильный огонь;
- бук — питательное горючее, оставляет мало золы;
- дуб — высокая теплотворная способность, выделяет при возгорании приятный аромат, достаточно долго сохнет;
- тополь — низкая теплота сгорания;
- плодовые деревья — горят неторопливо и одинаково;
- хвойные — душистый дым, могут стрелять смолой, создают много копоти.
Знание основ обращения с древесиной как топливом дает возможность получить удобное горение с небольшим расходом дров.
Главное только помнить основное: неконтролируемое открытое пламя может быть достаточно опасным для живых существ. Кроме ожогов от пламени и тлеющих углей, огонь может принести несравненно больше беды разгоревшись в пожар.
