Pentru ce este focul? Proprietățile și semnificația focului

– durabil reacție în lanț, care implică arderea, care este o reacție exotermă în care un agent oxidant, de obicei oxigenul, oxidează un combustibil, de obicei carbon, rezultând produse de ardere precum dioxid de carbon, apă, căldură și lumină. Un exemplu tipic este arderea metanului:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Căldura generată în timpul arderii poate fi folosită pentru a alimenta arderea în sine, iar în cazul în care aceasta este suficientă și nu este necesară o energie suplimentară pentru menținerea arderii, se produce un incendiu. Pentru a opri focul, puteți îndepărta combustibilul (opriți arzătorul de pe aragaz), oxidant (acoperiți focul cu un material special), încălziți (stropiți focul cu apă) sau reacția în sine.

Arderea este, într-un sens, opusul fotosintezei, o reacție endotermă care implică lumină, apă și dioxid de carbon pentru a produce carbon.

Este tentant să presupunem că carbonul găsit în celuloză este folosit atunci când lemnul este ars. Cu toate acestea, se pare că se întâmplă ceva mai complex. Dacă lemnul este expus căldurii, suferă piroliză (spre deosebire de ardere, care nu necesită oxigen), transformându-l în substanțe mai combustibile, precum gazele, și tocmai aceste substanțe se aprind în incendii.

Dacă lemnul arde suficient de mult, flacăra se va stinge, dar mocnit va continua, iar lemnul în special va continua să strălucească. Mocnirea este arderea incompletă, care, spre deosebire de arderea completă, produce monoxid de carbon.

Obiectele de zi cu zi radiază în mod constant căldură, cea mai mare parte fiind în infraroșu. Lungimea sa de undă este mai mare decât cea a luminii vizibile, așa că nu poate fi văzută fără camere speciale. Focul este suficient de puternic pentru a se stinge lumina vizibila, deși are suficientă radiație infraroșie.

Un alt mecanism de apariție a culorii în foc este spectrul de emisie al obiectului ars. Spre deosebire de radiația corpului negru, spectrul de radiații are frecvențe discrete. Acest lucru se datorează faptului că electronii generează fotoni la anumite frecvențe, trecând de la o stare de energie mare la o stare de energie scăzută. Aceste frecvențe pot fi utilizate pentru a determina ce elemente sunt prezente în probă. O idee similară (folosind spectrul de absorbție) este folosită pentru a determina compoziția stelelor. Spectrul de emisie este, de asemenea, responsabil pentru culoarea artificiilor și a focului colorat.

Forma flăcării de pe Pământ depinde de gravitație. Pe măsură ce focul încălzește aerul din jur, are loc convecția: aerul fierbinte, care conține, printre altele, cenușă fierbinte, se ridică, în timp ce aerul rece (conținând oxigen) se scufundă, susținând focul și dând forma flăcării. La gravitație scăzută, de exemplu, pe o stație spațială, acest lucru nu se întâmplă. Focul este alimentat de difuzia oxigenului, deci arde mai lent și sub formă de sferă (întrucât arderea are loc numai acolo unde focul intră în contact cu aerul care conține oxigen. În interiorul sferei nu a mai rămas oxigen).

Radiația corpului negru

Radiația unui corp negru este descrisă de formula lui Planck, care se referă la mecanica cuantică. Din punct de vedere istoric, a fost una dintre primele aplicații ale mecanicii cuantice. Poate fi derivat din mecanica statistică cuantică în felul următor.

Calculăm distribuția de frecvență într-un gaz fotonic la temperatura T. Faptul că aceasta coincide cu distribuția de frecvență a fotonilor emiși de un corp absolut negru de aceeași temperatură rezultă din legea radiației Kirchhoff. Ideea este că corpul negru poate fi adus în echilibru termic cu gazul fotonic (pentru că au aceeași temperatură). Gazul fotonic este absorbit de corpul negru, care emite și fotoni, deci pentru echilibru este necesar ca pentru fiecare frecvență la care corpul negru emite radiații, acesta să o absoarbă în aceeași rată, care este determinată de distribuția frecvențelor în benzina.

În mecanica statistică, probabilitatea ca un sistem să se afle într-o microstare s, dacă este în echilibru termic la temperatura T, este proporțională cu

Unde E s este energia stării s și β = 1 / k B T sau beta termodinamică (T este temperatura, k B este constanta lui Boltzmann). Aceasta este distribuția Boltzmann. O explicație pentru acest lucru este dată în postarea pe blog a lui Terence Tao. Aceasta înseamnă că probabilitatea este

P s = (1/Z(β)) * e - β E s

Unde Z(β) este constanta de normalizare

Z(β) = ∑ s e - β E s

Pentru a descrie starea unui gaz foton, trebuie să știți ceva despre comportamentul cuantic al fotonilor. În cuantizarea standard a unui câmp electromagnetic, câmpul poate fi privit ca un set de oscilații armonice cuantice, fiecare dintre acestea oscilând cu frecvențe unghiulare diferite ω. Energiile stărilor proprii ale unui oscilator armonic sunt notate printr-un număr întreg nenegativ n ∈ ℤ ≥ 0 , care poate fi interpretat ca numărul de fotoni de frecvență ω. Energiile stării proprii (până la o constantă):

La rândul său, constanta de normalizare cuantică prezice că la frecvențe joase (față de temperatură) răspunsul clasic este aproximativ corect, dar la frecvențe înalte energia medie scade exponențial, scăderea devenind mai mare la temperaturi mai scăzute. Acest lucru se datorează faptului că la frecvențe înalte și temperaturi scăzute, oscilatorul armonic cuantic își petrece cea mai mare parte a timpului în starea fundamentală și nu trece atât de ușor la nivelul următor, ceea ce este exponențial mai puțin probabil. Fizicienii spun că cea mai mare parte a acestui grad de libertate (libertatea oscilatorului de a oscila la o anumită frecvență) este „înghețată”.

Densitatea stărilor și formula lui Planck

Acum, știind ce se întâmplă la o anumită frecvență ω, este necesar să se însumeze toate frecvențele posibile. Această parte a calculelor este clasică și nu sunt necesare corecții cuantice.

Folosim simplificarea standard că gazul fotonic este închis într-un volum cu o latură de lungime L cu condiții periodice la limită (adică va fi de fapt un tor plat T = ℝ 3 / L ℤ 3). Frecvențele posibile sunt clasificate în funcție de soluțiile ecuației undelor electromagnetice pentru undele staționare într-un volum cu condițiile la limită specificate, care, la rândul lor, corespund, până la un factor, valorilor proprii ale Laplacianului Δ. Mai precis, dacă Δ υ = λ υ, unde υ(x) este o funcție lină T → ℝ, atunci soluția corespunzătoare ecuației undei electromagnetice pentru o undă staționară este

υ(t, x) = e c √λ t υ(x)

Și astfel, având în vedere că λ este de obicei negativ și, prin urmare, √λ este de obicei imaginar, frecvența corespunzătoare ar fi

ω = c√(-λ)

O astfel de frecvență apare de V λ ori, unde V λ este valoarea proprie λ a laplacianului.

Simplificam conditiile folosind un volum cu conditii periodice la limita, deoarece in acest caz este foarte usor sa notam toate functiile proprii ale laplacianului. Dacă este folosit pentru simplitate numere complexe, atunci ele sunt definite ca

υ k (x) = e i k x

Unde k = (k 1 , k 2 , k 3) ∈ 2 π / L * ℤ 3 , vector de undă . Valoarea proprie corespunzătoare a laplacianului va fi

λ k = - | k | 2 = - k 2 1 - k 2 2 - k 2 3

Frecvența corespunzătoare ar fi

Și energia corespunzătoare (un foton al acestei frecvențe)

E k = ℏ ω k = ℏ c |k|

Aici aproximăm distribuția de probabilitate pe posibilele frecvențe ω k , care sunt strict discrete, printr-o distribuție de probabilitate continuă și calculăm densitatea corespunzătoare a stărilor g(ω). Ideea este că g(ω) dω ar trebui să corespundă numărului de stări disponibile cu frecvențe cuprinse între ω și ω + dω. Apoi integrăm densitatea stărilor și obținem constanta finală de normalizare.

De ce este rezonabilă această aproximare? Constanta de normalizare completă poate fi descrisă după cum urmează. Pentru fiecare număr de undă k ∈ 2 π / L * ℤ 3 există un număr n k ∈ ℤ ≥0 , care descrie numărul de fotoni cu acest număr de undă. Numărul total de fotoni n = ∑ n k este finit. Fiecare foton adaugă energiei ℏ ω k = ℏ c |k|, ceea ce implică faptul că

Z(β) = ∏ k Z ω k (β) = ∏ k 1 / (1 - e -βℏc|k|)

Prin urmare, peste toate numerele de undă k, logaritmul său este scris ca sumă

Log Z(β) = ∑ k log 1 / (1 - e -βℏc|k|)

Și vrem să aproximăm această sumă cu o integrală. Se dovedește că pentru temperaturi rezonabile și volume mari, integrandul se schimbă foarte lent cu k, așa că această aproximare va fi foarte apropiată. Nu mai funcționează decât la temperaturi foarte scăzute, unde apare un condens Bose-Einstein.

Densitatea stărilor se calculează după cum urmează. Vectorii de undă pot fi reprezentați ca puncte de rețea uniforme care trăiesc în „spațiul de fază”, adică numărul de vectori de undă dintr-o anumită regiune a spațiului de fază este proporțional cu volumul acesteia, cel puțin pentru regiunile mari în comparație cu pasul de rețea 2π/L . În esență, numărul de vectori de undă în regiunea spațiului de fază este V/8π 3 , unde V = L 3 , volumul nostru limitat.

Rămâne de calculat volumul regiunii spațiului de fază pentru toți vectorii de undă k cu frecvențele ω k = c |k| în intervalul de la ω la ω + dω. Aceasta este o carcasă sferică cu grosimea dω/c și raza ω/c, deci volumul său

2πω 2 /c 3 dω

Prin urmare, densitatea stărilor pentru un foton

G(ω) dω = V ω 2 / 2 π 2 c 3 dω

De fapt, această formulă este de două ori mai mică: am uitat să luăm în considerare polarizarea fotonilor (sau, echivalent, spinul unui foton), care dublează numărul de stări pentru un anumit număr de undă. Densitatea corectă:

G(ω) dω = V ω 2 / π 2 c 3 dω

Faptul că densitatea stărilor este liniară în volumul V funcționează nu numai într-un tor plat. Această proprietate valori proprii Laplacian conform legii lui Weyl. Aceasta înseamnă că logaritmul constantei de normalizare

Log Z = V / π 2 c 3 ∫ ω 2 log 1 / (1 - e - βℏω) dω

Derivata față de β oferă energia medie a gazului foton

< E >= - ∂/∂β log Z = V / π 2 c 3 ∫ ℏω 3 / (e βℏω - 1) dω

Dar ceea ce este important pentru noi este integrandul, care dă „densitatea energetică”

E(ω) dω = Vℏ / π 2 c 3 * ω 3 / (e βℏω - 1) dω

Descrierea cantității de energie a gazului foton care provine de la fotonii cu frecvențe variind de la ω la ω + dω. Rezultatul este o formă a formulei lui Planck, deși este nevoie de un pic de joc pentru a o face o formulă de corp negru și nu o formulă de gaz fotonic (trebuie să împărțiți cu V pentru a obține densitatea pe unitatea de volum și să faceți mai mult pentru a obține măsura de radiații).

Formula lui Planck are două limitări. În cazul în care βℏω → 0, numitorul tinde spre βℏω și obținem

E(ω) dω ≈ V / π 2 c 3 * ω 2 /β dω = V k B T ω 2 / π 2 c 3 dω

Etichete:

• focul
• fizica cuantică

Adaugă etichete

În timpul arderii, se formează o flacără, a cărei structură se datorează substanțelor care reacţionează. Structura sa este împărțită în regiuni în funcție de indicatorii de temperatură.

Definiție

O flacără este un gaz sub formă fierbinte, în care componentele sau substanțele plasmatice sunt prezente într-o formă solidă dispersată. Ei efectuează transformări de tip fizic și chimic, însoțite de luminiscență, eliberare de energie termică și încălzire.

Prezența particulelor ionice și radicalice într-un mediu gazos îi caracterizează conductivitatea electrică și comportamentul special într-un câmp electromagnetic.

Ce sunt flăcările

De obicei, acesta este numele proceselor asociate cu arderea. În comparație cu aerul, densitatea gazului este mai mică, dar temperaturile ridicate provoacă creșterea gazului. Așa se formează flăcările, care sunt lungi și scurte. Adesea, există o tranziție lină de la o formă la alta.

Flacără: structură și structură

Pentru determinare aspect Este suficient să aprindă fenomenul descris.Flacăra neluminoasă care a apărut nu poate fi numită omogenă. Din punct de vedere vizual, se pot distinge trei zone principale. Apropo, studiul structurii flăcării arată că diferite substanțe ard cu formarea unui alt tip de torță.

Când se arde un amestec de gaz și aer, se formează mai întâi o torță scurtă, a cărei culoare are nuanțe de albastru și violet. Miezul este vizibil în el - verde-albastru, asemănător cu un con. Luați în considerare această flacără. Structura sa este împărțită în trei zone:

1. Alocați o zonă pregătitoare în care amestecul de gaz și aer să fie încălzit la ieșirea din orificiul arzătorului.
2. Este urmată de zona în care are loc arderea. Ocupă partea superioară a conului.
3. Când există o lipsă de flux de aer, gazul nu arde complet. Se eliberează oxid de carbon divalent și reziduuri de hidrogen. Postarderea lor are loc în a treia zonă, unde există acces la oxigen.

Acum vom lua în considerare separat diferite procese de ardere.

Lumânare aprinsă

Arderea unei lumânări este similară cu arderea unui chibrit sau a unei brichete. Și structura flăcării unei lumânări seamănă cu un curent de gaz fierbinte, care este tras în sus din cauza forțelor de plutire. Procesul începe cu încălzirea fitilului, urmată de evaporarea parafinei.

Zona cea mai de jos, situată în interiorul și adiacent firului, se numește prima regiune. Are o strălucire mică datorită cantității mari de combustibil, dar volumului mic al amestecului de oxigen. Aici se realizează procesul de ardere incompletă a substanțelor, a căror eliberare este oxidată în continuare.

Prima zonă este înconjurată de o a doua carcasă luminoasă, care caracterizează structura flăcării lumânării. Un volum mai mare de oxigen intră în el, ceea ce determină continuarea reacției oxidative cu participarea moleculelor de combustibil. Indicatorii de temperatură aici vor fi mai mari decât în ​​zona întunecată, dar insuficienti pentru descompunerea finală. În primele două zone apare un efect luminos atunci când picăturile de combustibil nearse și particulele de cărbune sunt puternic încălzite.

A doua zonă este înconjurată de un înveliș discret, cu valori ridicate de temperatură. Multe molecule de oxigen intră în el, ceea ce contribuie la arderea completă a particulelor de combustibil. După oxidarea substanțelor, efectul luminos nu se observă în zona a treia.

Reprezentare schematică

Pentru claritate, vă prezentăm atenției imaginea unei lumânări aprinse. Schema de flacără include:

1. Prima zonă sau întunecată.
2. A doua zonă luminoasă.
3. A treia coajă transparentă.

Firul lumânării nu suferă ardere, ci are loc doar carbonizarea capătului îndoit.

Lampă cu spirit aprins

Rezervoarele mici de alcool sunt adesea folosite pentru experimente chimice. Se numesc lămpi cu alcool. Fitilul arzătorului este impregnat cu combustibil lichid turnat prin orificiu. Acest lucru este facilitat de presiunea capilară. La atingerea vârfului liber al fitilului, alcoolul începe să se evapore. În stare de vapori, se aprinde și arde la o temperatură care nu depășește 900 °C.

Flacăra lămpii cu spirit are forma obișnuită, este aproape incoloră, cu o ușoară nuanță de albastru. Zonele sale nu sunt la fel de clar vizibile ca cele ale unei lumânări.

Numit după omul de știință Bartel, începutul incendiului este situat deasupra grilei incandescente a arzătorului. Această adâncire a flăcării duce la o scădere a conului întunecat interior, iar secțiunea de mijloc iese din gaură, care este considerată cea mai fierbinte.

Caracteristica culorii

Radiațiile diferite sunt cauzate de tranzițiile electronice. Se mai numesc si termice. Deci, ca urmare a arderii componentei de hidrocarbură în aer, flacăra albastră se datorează eliberării Conexiuni H-C. Și când sunt emise particule de C-C, lanterna devine portocaliu-roșu.

Este dificil de luat în considerare structura flăcării, a cărei chimie include compuși ai apei, dioxid de carbon și monoxid de carbon, legătura OH. Limbile sale sunt practic incolore, deoarece particulele de mai sus emit radiații ultraviolete și infraroșii atunci când sunt arse.

Culoarea flăcării este interconectată cu indicatorii de temperatură, cu prezența particulelor ionice în ea, care aparțin unui anumit spectru de emisie sau optic. Astfel, arderea unor elemente duce la schimbarea culorii focului din arzator. Diferențele de colorare a torței sunt asociate cu aranjarea elementelor în grupuri diferite sisteme periodice.

Focul pentru prezența radiațiilor legate de spectrul vizibil este studiat cu un spectroscop. În același timp, s-a constatat că substanțele simple din subgrupa generală au și o colorare similară a flăcării. Pentru claritate, arderea sodiului este folosită ca test pentru acest metal. Când sunt aduse în flacără, limbile devin galbene strălucitoare. Pe baza caracteristicilor de culoare, linia de sodiu este izolată în spectrul de emisie.

Pentru proprietatea caracteristică a excitației rapide a radiației luminoase a particulelor atomice. Când compușii slab volatili ai unor astfel de elemente sunt introduși în focul unui arzător Bunsen, acesta este colorat.

Examinarea spectroscopică arată linii caracteristice în regiunea vizibilă pentru ochiul uman. Viteza de excitare a radiației luminoase și structura spectrală simplă sunt strâns legate de caracteristica electropozitivă ridicată a acestor metale.

Caracteristică

Clasificarea flăcării se bazează pe următoarele caracteristici:

• starea agregată a compuşilor de ardere. Ele vin în forme gazoase, aerodisperse, solide și lichide;
• tip de radiație, care poate fi incoloră, luminoasă și colorată;
• viteza de distributie. Există o răspândire rapidă și lentă;
• înălțimea flăcării. Structura poate fi scurtă și lungă;
• natura mișcării amestecurilor de reacție. Alocați mișcări pulsatorii, laminare, turbulente;
• perceptie vizuala. Substanțele ard cu degajarea unei flăcări fumurii, colorate sau transparente;
• indicator de temperatură. Flacăra poate fi la temperatură scăzută, rece și la temperatură ridicată.
• starea fazei combustibil - agent oxidant.

Aprinderea are loc ca urmare a difuziei sau a preamestecului componentelor active.

Regiunea de oxidare și reducere

Procesul de oxidare are loc într-o zonă discretă. Ea este cea mai tare și este situată în vârf. În ea, particulele de combustibil suferă ardere completă. Iar prezența excesului de oxigen și a deficitului de combustibil duce la un proces intens de oxidare. Această caracteristică trebuie utilizată atunci când încălziți obiecte peste arzător. De aceea substanța este scufundată în partea superioară a flăcării. O astfel de ardere are loc mult mai repede.

Reacțiile de reducere au loc în părțile centrale și inferioare ale flăcării. Conține o cantitate mare de substanțe combustibile și o cantitate mică de molecule de O 2 care realizează arderea. Când este introdus în aceste zone, elementul O este desprins.

Ca exemplu de flacără reducătoare, este utilizat procesul de scindare a sulfatului feros. Când FeSO 4 intră în partea centrală a flăcării arzătorului, acesta se încălzește mai întâi și apoi se descompune în oxid feric, anhidridă și dioxid de sulf. În această reacție, se observă reducerea lui S cu o sarcină de la +6 la +4.

flacara de sudare

Acest tip de incendiu se formează ca urmare a arderii unui amestec de gaz sau vapori lichizi cu oxigen în aer curat.

Un exemplu este formarea unei flăcări de oxiacetilenă. Se evidențiază:

• zona centrală;
• zona medie de recuperare;
• zona de capăt de flare.

Acesta este câte amestecuri gaz-oxigen ard. Diferențele în raportul dintre acetilenă și oxidant conduc la tip diferit flacără. Poate fi o structură normală, cementantă (acetilenă) și oxidantă.

Teoretic, procesul de ardere incompletă a acetilenei în oxigen pur poate fi caracterizat prin următoarea ecuație: HCCH + O 2 → H 2 + CO + CO (pentru reacție este necesar un mol de O 2).

Hidrogenul molecular rezultat și monoxidul de carbon reacţionează cu oxigenul din aer. Produsele finite sunt apa și monoxidul de carbon tetravalent. Ecuația arată astfel: CO + CO + H 2 + 1½O 2 → CO 2 + CO 2 + H 2 O. Această reacție necesită 1,5 moli de oxigen. Când se însumează O 2, se dovedește că 2,5 moli sunt cheltuiți pe 1 mol de HCCH. Și deoarece în practică este dificil să găsești oxigen pur în mod ideal (de multe ori are o ușoară contaminare cu impurități), raportul dintre O2 și HCCH va fi de 1,10 până la 1,20.

Când raportul dintre oxigen și acetilenă este mai mic de 1,10, apare o flacără de cementare. Structura sa are un nucleu lărgit, contururile sale devin neclare. Funinginea este emisă dintr-un astfel de incendiu, din cauza lipsei de molecule de oxigen.

Dacă raportul dintre gaze este mai mare de 1,20, atunci se obține o flacără oxidantă cu un exces de oxigen. Moleculele sale în exces distrug atomii de fier și alte componente ale arzătorului din oțel. Într-o astfel de flacără, partea nucleară devine scurtă și are puncte.

Indicatori de temperatură

Fiecare zonă de foc a unei lumânări sau a unui arzător are propriul său sens, datorită furnizării de molecule de oxigen. Temperatura unei flăcări deschise în diferitele sale părți variază de la 300 °C la 1600 °C.

Un exemplu este o flacără de difuzie și laminare, care este formată din trei cochilii. Conul său este format dintr-o zonă întunecată cu o temperatură de până la 360 ° C și o lipsă a unui agent oxidant. Deasupra ei este o zonă de strălucire. Indicele său de temperatură variază de la 550 la 850 ° C, ceea ce contribuie la descompunerea amestecului termic combustibil și la arderea acestuia.

Zona exterioară este abia vizibilă. În ea, temperatura flăcării atinge 1560 ° C, ceea ce se datorează caracteristici naturale moleculele de combustibil și viteza de intrare a agentului oxidant. Aici arderea este cea mai energică.

Substanțele se aprind în diferite condiții de temperatură. Deci, magneziul metalic arde doar la 2210 °C. Pentru multe solide, temperatura flăcării este de aproximativ 350°C. Aprinderea chibriturilor și a kerosenului este posibilă la 800 °C, în timp ce lemnul - de la 850 °C la 950 °C.

Țigara arde cu o flacără, a cărei temperatură variază de la 690 la 790 °C, iar într-un amestec propan-butan - de la 790 °C la 1960 °C. Benzina se aprinde la 1350°C. Flacăra alcoolului de ardere are o temperatură de cel mult 900 ° C.

Textul lucrării este plasat fără imagini și formule.
Versiunea completa munca este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF

Foc de lumânări, foc de tabără,

Focul unui foc puternic.

Lumini - toți sunt maeștri

Un cadou trimis oamenilor.

Introducere

El se poate naște, deveni mai puternic și poate crește. Poate să slăbească și să moară. Poate fi tremurător și afectuos sau crud și lacom. Se năpustește, devorează, absoarbe. Poți să te lupți cu el și el se va retrage învins. Se poate salva sau se poate transforma într-o tragedie teribilă.

"Foc!" - aceasta este atât o exclamație de speranță pentru cei pierduți, cât și o poruncă aspră care aduce moartea dușmanilor.

Păr înflăcărat, ochi arzători, privire ofilită. Un izbucnire de furie, un izbucnire de râs. Joacă-te cu focul, ia foc cu gândul, strălucește cu entuziasm, arde de pasiune. „O scânteie este mică, o flacără mare va naște”, „Focul și apa vor zdrobi totul”, „În foc și fierul este fuzibil”, „Focul este prieten și dușman al omului”.

Destul de exemple. Ei trebuie doar să reamintească ce rol joacă acest dar al naturii în viața noastră. Limba noastră l-a înzestrat cu trăsăturile unei ființe vii și, dimpotrivă, aspectul și emoțiile unei persoane sunt adesea asociate cu proprietățile unei flăcări.

Focul a fost de mult timp o parte integrantă a vieții umane. Ne putem imagina existența fără foc? Desigur nu. Omul modern se confruntă în fiecare zi cu procesele de ardere.

Scopul lucrării: studierea procesului de ardere din diferite puncte de vedere.

Studiați literatura și resursele de pe Internet legate de tema arderii;

Cunoașteți istoria stăpânirii focului;

Găsiți informații și instrucțiuni precise pentru efectuarea experimentelor legate de procesele de ardere.

Un pic de istorie

Combustie- acesta este primul reactie chimica pe care persoana l-a întâlnit.

Potrivit legendei, focul a fost adus oamenilor înghețați și nefericiți de titanul Prometeu, în ciuda interzicerii lui Zeus. Dar, cel mai probabil, indivizii umanoizi primitivi au întâmpinat foc în timpul incendiilor cauzate de fulgere și erupții vulcanice. Nu știau să-l extragă ei înșiși, dar îl puteau transporta și întreține. Prima dovadă a utilizării focului de către oameni se referă la astfel de situri arheologice ale omului antic ca Chesovanya în Africa de Est, Swartkrans în Africa de Sud, Zhoukoudian și Xihoudu în China și Trinil, pe insula Java. Focuri de tabără, cenușă și cărbune datate cu 1,5-2 milioane de ani în urmă, au fost găsite unelte de muncă arse ale oamenilor primitivi și oase de mamifere.

Când o persoană a început să facă foc pe cont propriu, nu se știa cu siguranță până în 2008, când un grup de arheologi israelieni a numit relativ data exacta acum 790 de mii de ani. Oamenii de știință au făcut această concluzie pe baza rezultatelor săpăturilor de la binecunoscutul sit din Paleoliticul timpuriu Gesher-Bnot-Yaakov. Potrivit unui raport din revista Quaternary Science Reviews, aceștia au găsit urme ale folosirii mijloacelor primitive de a face foc, folosite în timpul vieții a aproape douăsprezece generații care au locuit zona. Aceleași concluzii au fost făcute pe baza unor studii mai detaliate despre pietre și unelte de piatră găsite aici mai devreme.

Frecarea a fost prima metodă de autoproducere a focului de către om. Această metodă este folosită ocazional în vremea noastră, de exemplu, în condiții de teren.

Treptat, pe măsură ce omenirea a acumulat experiență practică și noi cunoștințe despre lumea înconjurătoare, o altă metodă de a face foc, bazată pe lovirea unei scântei, l-a înlocuit. Constă în faptul că, atunci când o piatră lovește puternic unele minerale, particule minuscule zboară de pe suprafața lor, care se aprind imediat și, căzând pe un material combustibil, îi dau foc. Acestea includ, de exemplu, pirita (disulfură de fier (II) - FeS 2). Sunt cunoscute și alte minerale cu aceeași proprietate. De-a lungul timpului, această metodă a fost îmbunătățită: au început să facă foc lovind scântei din mineralul de siliciu mai obișnuit și mai accesibil cu un silex de fier. Substanțele combustibile erau tinder sau câlți ars. Pentru a obține focul în acest fel în Europa până la mijlocul secolului al XIX-lea. A fost folosit un dispozitiv, care a primit numele „tinderbox” în Rusia.

O altă metodă interesantă a fost folosită din antichitate până la mijlocul secolului al XX-lea de triburile insulelor Sumatra, Java, Kalimantan și Sulawesi: aprinderea focului prin comprimarea bruscă a aerului în dispozitive speciale.

În prezent, o persoană se confruntă în mod constant cu procese de ardere. Ar putea fi arderea cu gaz aragaz, microexploziile de combustibil în motoarele diesel ale mașinilor, sistemele de încălzire în locuințe particulare sau exploatarea unei centrale termice etc. În afacerile militare, focul este înțeles ca împușcături din arme de foc.

Foc prin ochii unui om de știință

Ce este focul? Din punct de vedere al chimiei, aceasta este o zonă a unei reacții de oxidare exotermă, uneori însoțită de piroliză (descompunerea termică a compușilor organici și a multor compuși anorganici). Din punct de vedere al fizicii - emisia de lumină de către substanțele încălzite din zona unei astfel de reacții.

De ce vedem foc? Particulele de material combustibil și produsele de ardere strălucesc deoarece au o temperatură ridicată (radiație normală a corpului negru). Temperatura ridicată permite atomilor să se deplaseze pentru o perioadă de timp în stări de energie mai înaltă, iar apoi, la revenirea la starea lor inițială, emit lumină cu o anumită frecvență, care corespunde structurii învelișurilor de electroni ale unui element dat.

Care este diferența dintre „foc” și „ardere”? Foc Este o formă rapidă de ardere în care se eliberează atât lumină, cât și căldură. Combustie- un proces fizico-chimic complex de transformare a materiilor prime în produse de ardere în timpul reacţiilor exoterme. Pentru procesul de ardere, aveți nevoie de:

substanță combustibilă (combustibil);

Agent oxidant (cel mai adesea oxigen);

Sursa de aprindere (nu întotdeauna)

Oxidantul și substanța combustibilă alcătuiesc împreună sistemul combustibil. Poate fi omogen și eterogen:

Omogen sunt sisteme în care o substanță combustibilă și un agent oxidant sunt amestecate uniform între ele (amestecuri de gaze combustibile, vapori). Arderea unor astfel de sisteme se numește ardere cinetică. În anumite condiții, o astfel de ardere poate avea caracterul unei explozii.

Eterogen- sisteme în care substanța combustibilă și aerul nu sunt amestecate între ele și au interfețe (materiale combustibile solide și lichide nepulverizate). În procesul de ardere a sistemelor combustibile neomogene, oxigenul din aer pătrunde prin produsele de ardere la substanța combustibilă și reacţionează cu aceasta. O astfel de ardere se numește ardere prin difuzie. Oxigenul, clorul, fluorul, bromul și alte substanțe pot acționa ca agent oxidant.

Focul este principala fază (de ardere liberă) a arderii, acesta este un fenomen fizic și chimic, ceea ce înseamnă că este nerezonabil să îl luăm în considerare doar din punct de vedere al chimiei. Din punct de vedere al fizicii focul- un set de gaze fierbinți degajate ca urmare a:

încălzirea arbitrară sau involuntară a combustibilului (substanță combustibilă) la o anumită temperatură în prezența unui agent oxidant;

reacție chimică (de exemplu, explozie);

fluxul de curent electric în mediu (arc electric, sudare electrică)

Faze de ardere

Procesul de ardere este împărțit în anumite etape (faze):

1. Faza inițială (etapa de creștere),

2. Faza de ardere liberă (etapa complet dezvoltată),

3. Faza de mocnit (etapa de descompunere).

În prima fază - inițială - consumul de oxigen de alimentare crește, apoi începe să scadă. Se generează o anumită cantitate de căldură și această cantitate crește în timpul procesului de ardere. Flacăra se poate încălzi până la peste 5370°C, dar temperatura camerei poate fi scăzută în această etapă.

În timpul celei de-a doua faze de ardere liberă, aerul bogat în oxigen este atras în flacără, deoarece convecția transportă căldura către stratul superior al spațiului închis. Gazele fierbinți se deplasează de sus în jos, forțând aerul mai rece să caute nivelurile inferioare și, în cele din urmă, aprinde toate materialele combustibile de la nivelurile superioare ale încăperii. În această etapă, temperatura din straturile superioare poate depăși 7000°C. Focul continuă să consume oxigen liber până când ajunge într-un punct în care nu există suficient oxigen pentru a reacționa cu combustibilul. Flacăra este redusă la o fază de mocnit și are nevoie doar de oxigen pentru a se aprinde rapid.

În a treia fază, flacăra se poate opri dacă zona de ardere este etanșă. În acest caz, arderea se reduce la jar. Se emană fum dens și gaze, apare presiunea în exces. Cărbunii continuă să mocnească, camera va fi complet umplută cu fum dens și gaze de ardere la o temperatură de 5370 ° C. Căldura intensă va vaporiza componentele mai ușoare ale combustibilului. , precum hidrogenul și metanul din materiale combustibile din încăpere. Aceste gaze combustibile vor fi combinate cu derivate ale focului și vor crește și mai mult riscul de reaprindere și vor crea posibilitatea de tracțiune inversă.

Tipuri de ardere

Flash- aceasta este arderea rapidă a unui amestec combustibil, neînsoțită de formarea de gaze comprimate.

foc- apariţia arderii sub influenţa unei surse de aprindere.

Un exemplu viu de aprindere este „smecheria” vechilor preoți indieni: în India antică, în timpul săvârșirii ritualurilor sacre, în amurgul templelor, lumini roșii misterioase s-au aprins brusc și s-au împrăștiat cu scântei, inducând frică superstițioasă în adoratori. . Desigur, puternicul Buddha nu a avut nimic de-a face cu asta, dar slujitorii săi credincioși, preoții, i-au înspăimântat și i-au înșelat pe credincioși cu ajutorul scânteilor. Sărurile de stronțiu, care dădeau flăcării o culoare roșie, erau amestecate cu cărbune, sulf și clorat de potasiu (sare bertolet). La momentul potrivit, amestecul a fost aprins.

2KClO 3 + S + 2C \u003d 2KCl + SO 2 + 2CO 2

Combustie spontana- acesta este un fenomen de creștere bruscă a vitezei reacțiilor exoterme, care duce la arderea substanțelor (material, amestec) în absența unei surse de aprindere.

Arderea termică spontană substanțele apar ca urmare a autoîncălzirii sub influența unei surse de încălzire latente sau externe. Autoaprinderea este posibilă numai dacă cantitatea de căldură eliberată în procesul de autooxidare depășește transferul de căldură către mediu.

Un exemplu de ardere spontană termică este arderea spontană a substanțelor volatile Uleiuri esentiale pe vreme caldă. Toata lumea legenda faimoasa despre tufișul aprins, sau tufa lui Moise, are o explicație complet științifică: oamenii de știință cred că era un tufiș de diptam care emite uleiuri esențiale care se aprind sub acțiunea razelor solare. Pe vreme calmă în jurul tufișului, crește concentrația de uleiuri esențiale volatile secretate de plantă, care se aprind când se atinge o anumită temperatură. Ecuația reacției chimice de autoaprindere a eterului:

C 4 H 10 O + 6O 2 \u003d 4CO 2 + 5H 2 O

Autoaprinderea termică explică și apariția luminilor de cimitir. În timpul descompunerii reziduurilor organice se eliberează o fosfină gazoasă incoloră, toxică (PH3), care tinde să se aprindă spontan în aer, adică. in prezenta oxigenului. Dacă acest gaz iese din pământ, cu reziduuri organice care se descompun în el, are loc autoaprinderea, se formează mici fulgerări, cu care bisericii obișnuiau să sperie oamenii superstițioși. Acest fenomen poate fi observat doar în timp cald ani, deoarece temperatura de autoaprindere a fosfinei = 38°C. Ecuația reacției chimice cu auto-aprindere a fosfinei:

2PH 3 + 4O 2 = P 2 O 5 + 3H 2 O

Arderea spontană poate avea loc și sub influența activității vitale a microorganismelor în masa unei substanțe (material, amestec).

Materialele combustibile, în special cele umede, servesc ca mediu nutritiv pentru microorganismele a căror activitate vitală este asociată cu degajarea de căldură (turbă, rumeguș) au tendința de ardere microbiologică spontană. În același timp, temperatura de autoîncălzire nu depășește valorile obișnuite ale temperaturii. mediu inconjuratorși poate fi negativ.

Prin urmare, cele mai multe incendii și explozii apar atunci când produsele agricole (siloz, fân umed) sunt depozitate în lifturi. Cea mai des folosită metodă pentru a evita autoîncălzirea și autoaprinderea fânului (și a materialelor similare) este să se asigure că în timpul depozitării acestor materiale nu se udă.

Există o diferență între procesele de aprindere și arderea spontană: pentru a se produce aprinderea, este necesar să se introducă un impuls termic în sistemul combustibil, care are o temperatură care depășește temperatura de autoaprindere a substanței.

Temperatura de autoincalzire- temperatura minima a mediului, peste care, in conditii favorabile, este posibila desfasurarea unui proces de autoincalzire exotermic asociat cu descompunerea termica si oxidarea unui anumit volum (masa) unei substante combustibile.

Temperatură de autoaprindere- aceasta este cea mai scăzută temperatură a unei substanțe la care are loc o creștere bruscă a vitezei reacțiilor exoterme, care se termină cu apariția arderii cu foc.

O explozie este o transformare chimică extrem de rapidă a unei substanțe, însoțită de o eliberare rapidă de energie termică și formarea de gaze comprimate capabile să producă lucru mecanic.

Fără acest tip de ardere, este și greu de imaginat lumea modernă, deoarece explozia mecanică a combustibilului stă la baza funcționării majorității motoarelor de automobile. Exploziile la scară mică sunt folosite și în dispozitivele pirotehnice. Pirotehnia (un alt grecesc πῦρ - foc, căldură; τεχνικός - artă, măiestrie) este o ramură a tehnologiei asociată cu tehnologia preparării compușilor combustibili și arderii acestora pentru a obține un anumit efect. Impartit de:

militare (pistole cu flacără, bombe fumigene)

specializate (filmare efecte speciale, mijloace de semnalizare civilă)

divertisment (produse pirotehnice - petarde, scânteie, petarde, artificii.

produse de ardere

În timpul procesului de ardere, se formează produse de ardere. Ele pot fi lichide, solide și gazoase. Compoziția lor depinde de compoziția substanței care arde și de condițiile arderii acesteia. Substanțele combustibile organice și anorganice constau în principal din carbon, oxigen, hidrogen, sulf, fosfor și azot. Dintre acestea, carbonul, hidrogenul, sulful și fosforul sunt capabili să se oxideze la temperatura de ardere și să formeze produse de ardere: CO, CO 2 , SO 2 , P 2 O 5 . Azotul la temperatura de ardere nu este oxidat și este eliberat în stare liberă, iar oxigenul este consumat pentru oxidarea elementelor combustibile ale substanței. Toate aceste produse de ardere (cu excepția monoxidului de carbon CO) nu pot arde în viitor.

Odată cu arderea incompletă a substanțelor organice la temperaturi scăzute și lipsa aerului, se formează produse mai diverse - monoxid de carbon (II), alcooli, aldehide, acizi și alți compuși chimici complexi. Aceste produse produc fum acru și otrăvitor. În plus, produsele arderii incomplete în sine sunt capabile să ardă și să formeze amestecuri explozive cu aerul. Astfel de explozii apar la stingerea incendiilor în subsoluri, uscătoare și în spații închise cu o cantitate mare de material combustibil.

culoarea flăcării

Capacitatea impurităților de a colora flacăra în diferite culori este folosită nu numai în pirotehnică, ci și în chimia analitică: analiza pirochimică este o metodă de detectare a unor elemente chimice(de exemplu, în minerale) în funcție de culoarea diferită a flăcării.

Element	culoarea flăcării
	verde smarald
Cobalt (Co)
Mangan (Mn)	Ametist violet
Fier (Fe)	galben-brun
Nichel (Ni)	Rosu maro
Sodiu (Na)	Portocale
Calciu (Ca)	Rosu aprins

Un arzător cu gaz arde cu o flacără albastră din cauza prezenței monoxidului de carbon (CO). Flacăra galben-portocalie a unui chibrit se datorează prezenței sărurilor de sodiu în lemn. Culoarea galben-portocalie a vârfului flăcării în condiții normale se datorează strălucirii particulelor de funingine transportate în sus de un curent de aer fierbinte.

Concluzie

În urma lucrului pe tema, au fost îndeplinite sarcinile stabilite: au fost studiate surse literare și resurse de pe Internet despre istoria stăpânirii proceselor de incendiu și ardere; experimente de laborator selectate legate de procesele de ardere și instrucțiuni pentru implementarea acestora.

Scopul lucrării a fost atins. Un astfel de fenomen aparent familiar pentru omul modern, cum ar fi arderea este cel mai complex proces fizic și chimic. Aceasta este prima reacție chimică cunoscută de om! Acest proces joacă un rol foarte important în viața noastră, deși uneori este foarte periculos.

Faptele interesante și experimentele de laborator prezentate în lucrare pot fi folosite în scopuri demonstrative în institutii de invatamant pentru a familiariza elevii cu uimitor subiect ca focul.

Partea practică

Experienta numarul 1. „Fitil chimic”.

Această metodă de aprindere de la distanță a siguranțelor bombe a fost folosită încă de la sfârșitul secolului al XIX-lea. Se bazează pe capacitatea glicerolului de a se aprinde dintr-o reacție cu un agent oxidant puternic (permanganat de potasiu).

Scopul experimentului: să ne asigurăm că focul poate fi „născut” nu numai dintr-o scânteie, ci și pur și simplu din amestecarea anumitor substanțe care sunt complet inofensive separat.

Reactivi si echipamente: hartie, permanganat de potasiu cristalin, glicerina anhidra, pipeta.

Desfășurarea lucrărilor și observarea: turnați o cantitate mică de permanganat de potasiu pe o foaie de hârtie mototolită, picurați 3-5 picături de glicerină; deasupra amestecului va apărea fum, iar după ceva timp (5-15 secunde), amestecul și foaia mototolită se vor aprinde.

Experiența numărul 2. „Mini artificii”

Reactivi și echipamente: cărbune pulbere, permanganat de potasiu cristalin, pilitură de fier, coală de hârtie, creuzet, clește pentru creuzet, combustibil uscat.

Desfășurarea lucrărilor și observație: pe o foaie de hârtie turnăm trei grămezi mici identice de pulberi mărunțite fin: permanganat de potasiu, pilitură de fier și cărbune. După aceea, îndoiți o foaie de hârtie în jumătate, astfel încât pulberile să cadă într-un singur teanc. Faptul este că atunci când măcinați permanganatul de potasiu cu pilitură de fier, amestecul se poate aprinde. Se toarnă amestecul rezultat într-un creuzet. Îl aducem la flacăra combustibilului uscat și așteptăm câteva secunde. Pe măsură ce amestecul se încălzește, va începe să scânteie ca o scânteie.

Experiența numărul 3. „Magneziu inextingibil”.

Magneziul este una dintre puținele substanțe care nu pot fi stinse cu apă.

Reactivi și echipamente: magneziu, apă, sticlă, lingură cu mâner lung, lampă cu spirt.

Progresul muncii și observație: aprindem o cantitate mică de magneziu într-o lingură de la flacăra unei lămpi cu alcool. Punem magneziul care arde intr-un pahar cu apa, si observam ca nu se stinge, ci continua sa arda, ramanand la suprafata apei.

Experiența nr. 4 „Șarpele faraonului din gluconat de calciu”.

Șerpii faraonului sunt o serie de reacții care sunt însoțite de formarea unui produs poros dintr-un volum mic de reactanți. Aceste reacții sunt însoțite de o degajare rapidă a gazului.

Scopul experimentului: observarea descompunerii termice a gluconatului de calciu.

Reactivi si echipamente: tablete de gluconat de calciu, combustibil uscat, penseta.

Desfășurarea lucrărilor și observației: pe o tabletă aprinsă de combustibil uscat, cu ajutorul pensetei, se pun 1-2 tablete de gluconat de calciu. Gluconatul de calciu va crește semnificativ în volum, va dobândi o formă de „vierme” și se va „strecura” din flacără. „Șarpele” rezultat este foarte fragil și se va destrăma la prima atingere.

Experiența numărul 5. „Soda Viper”.

Scopul experimentului: a observa descompunerea termică a unui amestec de sifon și zahăr pudră.

Reactivi si echipamente: nisip, sifon, zahar pudra, alcool.

Desfășurarea lucrărilor și observarea: turnați puțin nisip (4-5 linguri), faceți o mică adâncime deasupra „piramidei” rezultată. Turnați un amestec dintr-o cantitate egală de sifon și zahăr pudră în acest loc. Turnăm toate acestea cu alcool, dăm foc. În primul rând, observăm formarea de mici bule întunecate, apoi apariția „viperei de sodă” în sine. Ca și în experimentul anterior, șarpele faraonului crește treptat în dimensiune.

Experiența numărul 6. „Explozia unui amestec de gaze”.

Scopul experimentului: observarea exploziei unui amestec de aer cu gaz combustibil.

Reactivi și echipamente: zinc, acid clorhidric, un dispozitiv pentru obținerea gazelor, un pahar cu apă, detergent de vase, o așchie aprinsă.

Progresul lucrării și observație: turnați puțin detergent într-un pahar cu apă, amestecați pentru a forma o spumă ușoară. Amestecăm zincul și acidul clorhidric într-un dispozitiv pentru obținerea gazelor, direcționăm tubul de evacuare a gazului într-un pahar cu apă și detergent. Când zincul reacţionează cu acidul clorhidric, se eliberează hidrogen, care formează spumă într-un pahar. Când este suficient

spumă, îndepărtați tubul de evacuare a gazului, aduceți o așchie arzătoare în spumă și observați o mică explozie.

Experiența numărul 7. „Flacăra colorată”

Reactivi și echipamente: clorură de cupru, sulfat de cupru (II), sare de masă, fluorură de calciu, clorură de amoniu, apă, lampă cu spirt, buclă de sârmă nicrom.

Desfășurarea lucrărilor și observarea: se amestecă clorură de amoniu într-un raport de 1:1 cu fiecare dintre reactivi, se diluează cu apă și se amestecă suspensia rezultată. Apoi agățăm o cantitate mică din fiecare dintre substanțe cu o buclă de sârmă de nicrom și o aducem în flacăra arzătorului, observăm reacția de colorare a flăcării. Ca rezultat, s-a dovedit: flacăra originală era transparentă, cu o tentă albăstruie; clorură de sodiu (sare de masă) a vopsit flacăra în galben; sulfat de cupru (II) - vitriol albastru- în verde; clorură de cupru - în albastru deschis și fluorură de calciu au dat flăcării o nuanță roșie abia vizibilă.

Bibliografie

1. .Kendivan, O.D.-S. Miracol prin ochii unui chimist / O.D.-S. Kendivan //Chimie. Revista educativ-metodică pentru profesorii de chimie și științe ale naturii Nr. 5-6 ed. Primul septembrie - Moscova, 2014. - P.45-52

2. Krasitsky, V.A. Focul artificial: istorie și modernitate / V.A. Krasitsky // Chimie. Revista educativ-metodică pentru profesorii de chimie și științe ale naturii Nr.1 ​​ed. Primul septembrie - Moscova, 2014. - P.4-8

3. Necunoscut. Chimie analitică. Semimicroanaliză [Resursă electronică] / Necunoscut // Chimie analitică - Mod de acces: http://analit-himiya.ucoz.com/index/0-13

4. Necunoscut. Combustion [Resursă electronică] / Necunoscut / / Enciclopedia liberă Wikipedia - Mod de acces: https://ru.wikipedia.org/wiki/Combustion

5. Poltev, M.K. Capitolul X Siguranța privind incendiile. §1. Procese de ardere / M.K. Poltev // Securitatea muncii în inginerie mecanică, ed. „Școala superioară” - Moscova, 1980.

6. Ryumin, V.V. Arderea fără aer / V.V. Ryumin // Chimie distractivă, ed. a VII-a. Gardă tânără. - Moscova, 1936. - S.58-59

7. Ryumin, V.V. Autoaprindere / V.V. Ryumin// Chimie distractivă, ed. a VII-a. Gardă tânără. - Moscova, 1936. - P.59

8. Stepin, B. D.; Alikberova, L.Yu. Experimente spectaculoase / B.D. Stepin, L.Yu. Alikberova // Sarcini distractiveși experimente spectaculoase în chimie ed. Buttard - Moscova, 2006. - S.

Introducere

Relevanța subiectului. Fără foc, viața pe Pământ este imposibilă. Vedem foc în fiecare zi - o sobă, un foc, o sobă etc. El este peste tot - în case și școli, în fabrici și fabrici, în motoarele navelor spațiale. Flacăra Eternă arde în Piața Gloriei, lumânările ard mereu în temple...

Incendiile au fost difuzate la televizor toată vara. Un număr mare de copaci care ne dădeau aer au ars iremediabil. ar putea deveni cărți interesanteși caietele noastre de școală. Animalele au murit. Sate întregi au ars, oamenii au rămas fără adăpost.

Interesant și misterios acest incendiu!

S-au scris destul de multe cărți pentru copii despre incendii și măsuri de siguranță, inclusiv lucrări literare („Unchiul Stepa” de S. Mikhalkov, „Confuzie” de K. Chukovsky, „Casa pisicii” de S. Marshak etc.). Dar astfel de surse, care descriu în detaliu atât proprietățile focului, cât și beneficiile acestuia, sunt rare. Munca noastră este o încercare de a umple acest gol.

Scopul lucrării: Studiul semnificației focului pentru oameni.

Sarcini. În această lucrare studiem proprietățile focului și răspundem la întrebarea: Ce este focul? De asemenea, înțelegem cum folosesc oamenii aceste proprietăți. Cum și de ce poate focul să ajute și să facă rău oamenilor? (Anexa 1).

Am folosit literatură de referință: un dicționar, o enciclopedie, câteva cărți pentru adulți și informații de pe Internet.

1. Ce este focul? Proprietățile de bază ale focului

În enciclopedia pentru copii, există o astfel de definiție a focului și arderii: „aceasta este o reacție chimică în care una dintre substanțe este atât de încălzită încât se combină cu oxigenul aerului”. În dicționarul explicativ al limbii ruse citim: „Foc - gaze luminoase care arde temperatura ridicata” . După ce a citit aceste informații, autorul acestei lucrări nu a înțeles ce este focul și a decis să îi dea o definiție care să fie de înțeles elevilor scoala elementara. Pentru a face acest lucru, trebuie să identificați principalele sale proprietăți.

Studiem proprietățile de bază ale focului folosind metodele de experiment (experimente) și observație. Să facem câteva experimente.

Notă. Toate experimentele au fost efectuate în prezența și cu ajutorul adulților, în timp ce s-au respectat regulile de siguranță: s-a folosit o suprafață neinflamabilă (sticlă) și s-a pregătit un ulcior cu apă.

Descrierea experientelor:

Experiența nr. 1. Noaptea, luminile erau stinse în cameră. S-a întunecat, nu se vedea nimic. Au aprins o lumânare, au devenit vizibile contururile obiectelor și ale oamenilor.

Concluzie: 1 proprietate: Focul emite lumină! (Vezi: Anexă, diapozitivul 4)

Chiar și o flacără mică de lumânare poate lumina o cameră. De aceea, mama are întotdeauna lumânări în rezervă - în cazul unei pene de curent.

Experiența nr. 2. Cu mare atenție, să încercăm să ne aducem mâna la flacăra unei lumânări. La o distanta de 20 cm devine foarte cald, mai jos - din cauza senzatiei de arsura nu poti cobori mana.

Concluzie: 2 proprietate: Focul degajă multă căldură! (Vezi: Anexă, diapozitivul 5).

Experiența numărul 3. Să acoperim lumânarea aprinsă cu un borcan de sticlă. După câteva secunde, flacăra se stinge. Același lucru se întâmplă și cu arzătorul pe gaz. Pentru fiabilitate, am repetat experimentul de 3 ori. Rezultatul este întotdeauna același - flacăra nu mai arde.

Concluzie: proprietatea 3: pentru ca focul sa arda este nevoie de aer, sau mai bine zis de oxigenul pe care il contine. (Vezi: Anexă, diapozitivul 6).

Deci, am aflat principalele proprietăți ale focului și putem deja să răspundem la întrebarea: ce este focul?

Focul este un proces prin care oxigenul este absorbit și se eliberează lumină și căldură.

Să continuăm studiul proprietăților focului.

1) Observați flacăra lumânării. Forma unei flăcări calme, îndreptată în sus, arată ca un con. Dacă suflați încet pe flacăra unei lumânări, atunci forma se schimbă, se abate de la fluxul de aer. Același lucru se întâmplă dacă aduci o lumânare la o fereastră deschisă.

Concluzie: forma flăcării poate fi schimbată cu ajutorul fluxului de aer. Această proprietate este folosită la aprinderea unui foc. (Vezi: Anexă, diapozitivele 9,10,11).

2) Luați în considerare culoarea flăcării. Culoarea nu este aceeași peste tot, flacăra are straturi: cel mai de jos strat de o nuanță albăstruie, apoi un strat galben deschis, după aceea - cel mai de sus - portocaliu-roșcat. (Vezi: Anexă, diapozitivul 13).

Dar nu totul e vorba de culoare.

Am observat că gazul din bucătărie este întotdeauna albastru, iar lemnul este galben-portocaliu. Observând arderea unui fir subțire de cupru, de la un cordon electric, am constatat că flacăra devine verde. (Vezi: Anexă, diapozitivele 14, 17, 18, 19).

Concluzii: 1. Diferite substanțe și materiale ard cu diferite culori ale flăcării. Așa obțineți un foc de artificii atât de frumos! 2. Așa că puteți determina o substanță necunoscută după culoarea flăcării, trebuie doar să o dați foc (ca una dintre modalități).

Experimentul nr. 5. Temperatura flăcării. Luați același fir subțire de cupru. Vârful unui astfel de fir, ținându-l peste flacără, este plasat în locuri diferite și la diferite înălțimi în flacără și observați efectul flăcării asupra firului. Observațiile relevă următoarele:

• În partea inferioară a flăcării, firul nu strălucește, nu arde, este doar acoperit cu un strat negru.
• În partea din mijloc, firul strălucește și începe să strălucească roșu.
• Chiar în vârful flăcării, firul se aprinde, devenind flacăra verzuie.

Aceasta înseamnă că temperatura în diferite straturi ale flăcării este diferită. Acest lucru este confirmat și de experimentul cu aducerea mâinii la flacără. Retinem ca nu poti aduce mana decat pana la 20 cm de sus.Daca pui degetul pe fundul flacarii caldura se simte doar la o distanta de 1 cm.

Concluzie: flacăra are mai multe straturi, care diferă nu numai prin culoare, ci și prin temperatură. În partea de jos a flăcării este cea mai rece, iar în partea de sus - cea mai fierbinte. (Vezi: Anexă, diapozitivul 20).

2. Sensul focului: beneficiu și rău

În urma experimentelor, a propriilor observații, precum și a materialului citit, am fost convinși că oamenii folosesc constant focul în viața lor, iar acesta le aduce beneficii foarte mari.

1. În viața de zi cu zi: pentru încălzirea spațiului, gătit, încălzirea apei, iluminat - dacă electricitatea nu funcționează. Focul este și pentru confort. De exemplu, un șemineu sau lumânări parfumate.
2. După cum sa dovedit, caracteristici benefice focul este folosit în multe fabrici și fabrici. Focul topește metalul, după care i se dă o formă. De asemenea, metalul este tăiat cu foc, sau invers, este sudat. Astfel, este folosit, de exemplu, pentru a realiza diverse mașini și mecanisme.

Focul este folosit și pentru:

• Fabricarea articolelor din sticlă și faianță.
• Productie de materiale plastice, vopsele.
• Fabricarea medicamentelor.
• Reciclare.

Și aceasta nu este întreaga listă a faptelor „bune” de foc.

Concluzie: oamenii chiar au nevoie de foc. Încălzește, hrănește și luminează. Omul modern folosește focul tot timpul. Este imposibil să-ți imaginezi viața fără foc.

Dar focul este foarte periculos! Trebuie întotdeauna controlat. Este capabil să facă multe daune. Este vorba despre incendii. Un incendiu este atunci când un foc arde fără dorința unei persoane și distruge totul.

Incendiile provoacă pagube mari statului și populației noastre. Focul este un fenomen foarte teribil, crud și ostil tuturor viețuitoarelor. (Vezi: Anexă, diapozitivul 26).

Focul este dăunător pentru că: oamenii mor din cauza incendiilor și au arsuri grave, oamenii își pierd casele, pădurile dispar din cauza incendiilor și toți locuitorii lor mor: animalele, păsările, un incendiu pot distruge tot ceea ce o persoană a creat prin munca sa.

Câteva statistici. Imaginați-vă că în fiecare an se produc aproximativ 5 milioane de incendii în lume! La fiecare oră, o persoană moare în incendiu, două sunt rănite și arse. Fiecare a treia persoană care a murit este un copil.

Cum apar ele? Datorită manipulării neglijente a focului, atitudinii necinstite față de măsurile de securitate.

S-au scris multe cărți despre incendii, despre necazurile pe care le aduce focul. Inclusiv copiii. De ce se scriu atât de multe cărți despre incendii pentru copii? Credem că pentru că incendiile apar foarte des din vina copiilor.

Dorim să reamintim tuturor copiilor:

Nu te juca niciodată cu focul!

Aprinderea unui foc este posibilă numai în prezența adulților și sub supravegherea acestora.

Echipamentul de stingere ar trebui să fie la îndemână pe locurile focului de tabără și în alte utilizări ale focului.

Focul nu trebuie lăsat nesupravegheat.

Când focul nu mai este necesar, acesta ar trebui să fie bine stins.

Concluzie

Astfel, în urma muncii efectuate, am dat o definiție a focului care este de înțeles pentru copii: „Focul este un proces în care oxigenul este absorbit și lumina și căldura sunt eliberate”.

Și a mai aflat: Flacăra are o anumită formă, mai multe straturi care diferă nu numai prin culoare, ci și prin temperatură. În acest caz, forma flăcării poate fi schimbată cu ajutorul fluxului de aer. Cunoașterea acestor proprietăți îi ajută pe oameni să folosească focul mai eficient.

Diferite substanțe și materiale ard cu diferite culori ale flăcării. Deci, puteți determina o substanță după culoarea flăcării, trebuie doar să o dați foc (ca una dintre modalități).

În general, oamenii au mare nevoie de foc, acesta încălzește, hrănește, luminează. Omul modern folosește focul tot timpul. Este imposibil să-ți imaginezi viața fără foc.

Dar focul este foarte periculos! Trebuie întotdeauna controlat, nu trebuie lăsat nesupravegheat. Este capabil să facă multe daune. Focul este un fenomen foarte teribil, crud și ostil tuturor viețuitoarelor.

Desigur, nu am explorat totul despre un fenomen atât de uimitor precum focul. Prin urmare, în viitor este posibil să se exploreze astfel de întrebări: cum au învățat oamenii să aprindă un foc, care au fost primele căi? Ce substanțe nu ard și de ce? Cum se fac trucurile de foc? Subiectul „Foc și arme” este, de asemenea, interesant.

Rezultatele acestei lucrări pot fi folosite ca material auxiliar în sala de clasă despre lumea din jurul nostru (lumea din jurul nostru) în grădiniţăși școala elementară. Pentru copiii interesați de foc, un astfel de material va fi util, deoarece este vizual și destul de simplu.

Lista surselor și literaturii

1. John Farndon, Ian James, Jeannie Johnson, Angela Royston și colab., Enciclopedia de întrebări și răspunsuri. Traducere din engleză: E. Kulikova, D. Belenkaya și colab. Atticus Publishing Group LLC, 2008. 255 p.
2. Kaidanova O.V (compiler) Foc și om. Moscova, 1912. 98 p.
3. Ozhegov S.I. Dicţionar al limbii ruse: M.: Rus. yaz., 1984. 797 p.
4. Safronov M.A., Vakurov A.D. Foc în pădure. Novosibirsk: știință, 1991. 130 p.
5. Resurse de internet:

Elementul focului. http://salamand.ru/sootvetstviya-stixii-ognya

statistici rusești. http://www.statp.ru

După ce ați efectuat acest experiment simplu, veți fi convins că fără oxigen flacăra se stinge. Luați o lumânare și fixați-o pe o farfurie. Cereți unui adult să aprindă o lumânare, apoi acoperiți-o cu un borcan de sticlă. După un timp, vei vedea că flacăra s-a stins, deoarece oxigenul din borcan s-a terminat.

Flacăra se formează în timpul arderii substanțelor în diferite stări - acestea pot fi solide, lichide și chiar gazoase. O flacără se formează numai în prezența unei substanțe combustibile, oxigen și căldură. Luați în considerare procesul pe exemplul unui chibrit: sulful și chibritul în sine sunt o substanță combustibilă, frecare împotriva cutiilor; energia rezultată din frecare devine căldură, iar când reacţionează cu oxigenul, chibritul începe să ardă. Sufland pe un chibrit aprins, temperatura scade si arderea se opreste.

Cum se măsoară temperatura?

Pentru măsurarea temperaturii sunt utilizate diferite scale. Fiecare scară poartă numele creatorului său: Celsius, Fahrenheit, Kelvin și Rankine. Majoritatea țărilor folosesc scala Celsius (°C).
Iată câteva exemple de temperaturi:
250 °C - temperatura de aprindere a lemnului;
100 °C este punctul de fierbere al apei;
37 °C este temperatura corpului uman;
О ° С - punctul de îngheț al apei;
- 39 °C - temperatura de solidificare a mercurului;
- 273°C este temperatura zero absolut la care atomii se opresc din miscare.

produse de ardere

Fumul, cenușa și funinginea sunt produse ale arderii. Când o substanță arde, ea nu dispare, ci este transformată în alte substanțe și căldură.

forma de flacara

Flacăra are o formă alungită deoarece aerul cald, care este mai ușor decât aerul rece, se repezi în sus.

Ce este combustibilul sau combustibilul

Substanțele care ard în prezența oxigenului cu degajarea unei cantități mari de căldură sunt numite combustibile și sunt folosite pentru a produce alt fel energie. Lemnul și cărbunele sunt combustibili solizi. Benzina, motorina și kerosenul sunt combustibili lichizi, se obține din petrol. Gaz natural, constând din metan, etan, propan și butan, este un combustibil gazos.