시원한 불꽃은 미세 해소 환경에서 발생하는 파란색의 구형 불꽃입니다. 그것들은 통제 된 산소 흐름에 의해 만들어지며 그을음을 생성하지 않습니다.
우리 조상들이 불을 발견 한 지 수천 년이 지났습니다. 그럼에도 불구하고, 우리는 스스로를 도울 수 없지만 캠프 파이어의 위험한 춤 화염에 매료 된 느낌이 듭니다. 불 시작 및 통제는 인간이 실천하는 가장 오래된 형태의 화학 중 하나이며 수세기에 걸쳐 Terra Firma에서 화재가 어떻게 행동하는지에 대한 기본적인 이해를 형성했습니다. 우리의 끝없는 경계를 추진하려는 퀘스트에서, 어떤 사람들은 그것이 어떻게 행동했는지보기 위해“이 세상에서”불을 피우기로 결정했습니다.
2012 년에 국제 우주 정거장에 탑승 한 우주 비행사들은 화재를 시작했습니다. 화염 소화 실험이나 플렉스를 통해 과학자들은 그 시점까지 이론이었던 것을 관찰했습니다. 헥산 액 적을 산소의 존재와 연소실 내부에서 점화시켰다. 불꽃이 형성되었습니다. 그러나 불꽃은 어떻게 시원 할 수 있습니까? 그리고 왜 우리는 처음으로 그들을 관찰하기 위해 우주로 가야 했습니까? 알아 봅시다!
차가운 화염의 화학
무언가가 불에 타면서 불꽃이 나오고 주변 가스가 초단화되어 빛나기 시작합니다. 산소, 연료 및 열이라는 세 가지 성분 만 필요하기 때문에 화재 레시피는 매우 간단합니다. 이 기본 관계는 "화재 삼각형"이라고도합니다.
The Fire Triangle (사진 크레디트 :Luciano Cosmo/ Shutterstock)
지구인으로서, 우리는 첫 번째 성분 인 산소에 대해 많이 걱정할 필요가 없습니다. 항상 우리의 지구에는 약 1,200,000 억 톤의 산소 가스가 있습니다. 생명을 유지하는 것 외에도이 산소가 풍부한 환경은 화재를 시작하기에 완벽한 조건을 제공합니다.
다음으로, 우리는 연료로 넘어갑니다. 이것은 산소가있는 경우 화상을 입고 과정에서 에너지를 방출하는 물질입니다. 기술적으로 우리 주변의 모든 것은 연료이며 충분한 온도에 도달 할 수 있다면 불이 붙을 것입니다. 그러나 우리는 가연성이거나 화재 지점이 낮은 재료를 석탄, 석유 또는 헥산을 포함한 연료로 사용하는 것을 선호합니다.
화재 연소에는 연소로 알려진 간단한 화학 공정이 포함됩니다. 이 과정에서 연료는 산소와 결합하여 빛과 열의 형태로 에너지를 방출하는 몇 가지 화학 반응을 겪습니다. 그러나 연료는 산소가 점화 온도보다 높을 때만 산소와 반응 할 수 있습니다. 이 온도에 도달하고 킥 스타트에 필요한 과도한 에너지는 외부 열원에 의해 제공됩니다. 예를 들어, 쿡탑을 조명하기위한 열원은 전기 스파크이며 성냥개비의 경우 성냥개비의 텍스처 패널에 대한 매치 헤드의 마찰입니다.
.시원한 불꽃은 똑같은 화학을 따릅니다.이 화학은 산소의 존재하에 발화 될 때 연료로 사용 된 탄화수소가 연소되기 시작합니다. 또한,이 화염은 녹지 않고 얼어 붙지 않습니다. 이 화염의 온도는 상당히 낮기 때문에 "쿨 화염"이라고합니다. 평균 요리 스토브는 약 1700 ℃의 화염을 생성하는 반면, 시원한 불꽃의 온도는 400 ~ 600 ℃ 사이입니다.
멋진 불꽃의 독특한 점은 무엇입니까?
ISS에서 관찰 된 시원한 불꽃은 구형이었으며 정상적인 조건에서 지구에서 재현하는 것은 거의 불가능합니다.
우주 연소 실험에서 관찰 된 구형 불꽃 (사진 신용 :nasa.gov)
우리 대부분은 그것을 깨닫지 못할 수도 있지만, 중력은 지구상에서 불이 어떻게 행동하는지에 중요한 역할을합니다. 여기에 불이 켜지면 주변의 공기/가스 기둥이 가열됩니다. 대류 덕분에 덜 밀집된 뜨거운 가스가 위로 올라가고 차갑고 신선한 공기를 빨아 화재를 유지합니다. 가벼운 뜨거운 가스와 더 무거운 차가운 공기 사이의 푸시 앤 풀 효과는 불꽃의 뚜렷한 눈물 방울 모양을 발생시킵니다. 우주에는 밀도 그라디언트를 생성 할 중력이 없으며, 구형 불꽃을 설명합니다.
구형 불꽃은 또한 산소 공급을 보충 할 수 없습니다. 팬과 같은 외부 레귤레이터는 화재를 공급하는 데 사용됩니다. 이러한 산소의 제어 된 흐름은 연료가 완전히 연소되어 일산화탄소와 포름 알데히드를 형성하여 잔류하는 그을음없이 완전한 연소를 겪는 희미한 청색 불꽃을 일으킨다. 화염의 속성은 자체 유지 된 지구의 화재의 경우 약간 다릅니다.
촛불 불꽃을주의 깊게 관찰하면 두 가지 유형의 불꽃, 즉 외부 파란색 불꽃과 내부 노란색 불꽃을 발견 할 수 있습니다. 그 이유는 산소 함량과 온도의 차이입니다. 화염의 외부 청색 영역은 주변 환경에서 신선한 공기가 들어오는 산소 농도가 가장 높습니다. 이것은 연료 (대부분 탄소 기반)가 완전히 화상을 입히는 가장 인기있는 화염 영역으로 만들어서 이산화탄소와 물만 부산물로 생성합니다.
.반면, 노란색 영역은 온도가 낮고 산소 수준이 낮습니다. 이로 인해 연료의 불완전한 연소와 이산화탄소와 물이있는 ""그을음 "이 부착되지 않은 탄소 입자의 형성으로 이어집니다. 이 그을음 입자는 불에 의해 활력을 불어 넣고 전형적인 노란색을 화염에 전달합니다.
촛불 불꽃의 다른 지역. (사진 크레딧 :느슨한 넥타이/위키 미디어 커먼즈)
일반적이지는 않지만 지구상에서 완전히 푸른 불꽃을 만들 수 있습니다. 당신이해야 할 일은 불에 충분한 산소를 지시하기 만하면됩니다. Bunsen Burners 및 Welding Torches와 같은 장비는 산소와 연료 흐름을 조심스럽게 조절하여 거의 완전히 푸른 불꽃을 생성합니다.
.공간이 화염을 시원하게 만드는 것은 무엇입니까?
첫째, 그들은 우주에서 켜졌기 때문입니다. 둘째, 확산 연소 과정이 느리기 때문에
미세 중력에서, 산소는 지구에서와 같이 흡입보다는 확산을 통해 불꽃에 도달합니다. 이 느린 산소 흐름은 화염의 온도를 상당히 감소시킵니다. 이는 화재에 이용 가능한 연료 및 산소의 양에 크게 의존합니다. 이 화염은 열 방출이 부족하여 뜨거운 불꽃에서 일반적으로 발견되는 열 방출 이온화 화학 종으로 인해 주변 온도를 높이거나 밝은 불꽃을 나타냅니다.
.느리고 온도가 낮은 불꽃을 갖는 것은 우주선 안전에 좋은 신호처럼 보일 수 있지만 그 반대입니다. 지구상의 화재는 계속 연소되기 위해 일정한 산소 흐름을 요구하는 빠른 과정입니다. 따라서 시작하기가 더 쉬워지고 멈출 수 있습니다. 산소 공급을 잠시 동안 차단하면 화재가 나옵니다. 그러나 그것은 시원한 불꽃의 경우에는 해당되지 않습니다. 연료가있는 경우, 이러한 불꽃은 산소의 흐름이 제한되어 있어도 매우 오랫동안 유지할 수 있습니다.
결론
낮은 온도와 지구 이외의 다른 곳에서 화재의 본질에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 시원한 불꽃의 신비한 화학을 풀면 우주 여행이 더 안전해질뿐만 아니라 매우 효율적인 그을음이없는 내연 기관을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다!
