火焰是等离子体吗(所有火焰都是等离子态吗)

火焰是等离子体吗(所有火焰都是等离子态吗)

首页维修大全综合更新时间:2024-05-10 23:24:22

火焰是等离子体吗

说火焰是等离子体 ,实际上是非常片面的说法,只有部分高温火焰才是真正的等离子体, 其他大部分日常生活中见到的火焰, 都不过是激发态的气体分子而已, 因此,必须要强调火焰并非都是等离子体, 比较低温的火焰就不是等离子体 ,但是所有火焰都有燃点 ,那么燃点就肯定就不是分子解离成离子的温度 ,火焰实际上是剧烈的氧化反应是化学反应根据过渡态理论, 绝大多数化学反应都要翻越一个能量上的高山,才能完成%A山顶就叫做过渡态 ,如果分子的能量不足以翻越这个高山,%A化学反应就不会进行, 所谓燃点就是让一定比例的分子能够翻越这作高山的温度总结一下,不是所有的火焰都是等离子体 ,但是所有的火焰都有燃点, 因此燃点不是形成等离子体的临界点, 所有火焰都是化学反应 ,化学反应要翻越过渡态形成的势垒燃点就是翻越势垒必须的温度。

这个问题的答案比大多数人意识到的要复杂。有些火焰确实包含等离子体,而有些火焰则没有。为了正确回答这个问题,我们确实必须首先严格定义“等离子”的含义。

教科书中对等离子体的定义是电离气体。 “电离气体”是指一些电子已完全从构成气体的原子上剥离下来。有效自由的电子带负电,而最终的电离原子最终带正电。 “离子”是具有不相等数量的电子和质子的原子。这个定义是一个很好的起点,但是还不够准确。每种气体都包含一些离子和自由电子,但是并非每种气体都是等离子体。在某个截止点处,气体中必须有足够的离子,气体开始像等离子体一样起作用。

像等离子一样意味着什么?等离子体是一种离子化气体,可反射诸如无线电波之类的低频电磁波。从更基本的层面上讲,等离子体可以屏蔽电场。等离子体之所以能够做到这一点,是因为足够的带负电的电子和带正电的离子是局部自由的,并且能够以长距离的集体方式彼此结合。

离子和电子的集体行为意味着它们能够对入射电场产生强烈反应,并消除这些电场。因此,对等离子体的更严格定义是一种气体,其中有足够的自由电子和离子共同作用。外部电场可以到达带电粒子云的距离的特征在于“德拜长度”。电离的原子越多,电荷的集体振荡越强,德拜长度越小。因此,对等离子体的最严格定义是具有足够离子化的电离气体,以使“德拜长度”明显小于气体云的宽度。

在火焰中,空气原子发生电离,因为温度高到足以使原子相互碰撞并剥夺电子。因此,在火焰中,电离的量取决于温度。 (其他机制可能导致电离。例如,在闪电中,强电流导致电离。在电离层中,阳光导致电离。)最重要的是,只有当火焰变得足够热时,火焰才变成等离子体。较低温度下的火焰没有足够的电离作用而变成等离子体。另一方面,高温火焰确实包含足够的自由电子和离子,以充当等离子体。

例如,日常的蜡烛都燃烧的火焰最高温度可达摄氏1,500度,该温度太低而不能产生很多离子。因此,烛光火焰不是等离子体。请注意,我们在火焰中看到的鲜艳的橙黄颜色并不是由等离子火焰产生的。而是,这些颜色是由不完全燃烧的燃料粒子(“煤烟”)发出的,这些粒子太热以至于像电烤面包机元件一样发光。如果将足够的氧气泵送到火焰中,这些燃料粒子将充分燃烧,橙黄色橙红色火焰消失。

考虑到这一点,应该清楚的是,即使不是等离子的烛光也能发出光。根据等离子科学联盟的说法,与烛光相反,某些乙炔的燃烧混合物可以达到3,100摄氏度,相关的德拜长度为0.01毫米。因此,此类火焰为等离子(只要火焰远大于0.01毫米,通常是这种情况)。

其他火焰,包括篝火,丙烷火炉和点烟器的火焰,其温度介于这两个极端之间,因此可能不是等离子体。日常的火焰,例如木头,木炭,汽油,丙烷或天然气的燃烧,通常都不够热,无法像等离子那样起作用。

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