03.03 火焰的本质是什么?

Ch1Ee_大水


火焰并不是气态的,而是等离子态的,说的更精确一些,我们所看到的火焰本质上是一种化学现象和等离子态的组成。

物质的状态除了固液气以外,还有另外三种状态,等离子态,波色-爱因斯坦凝聚态,费米子凝聚态,这六种称为物质的六态。而等离子态指的就是高温环境中处于气态的原子失去核外电子,使原子变成带正电的离子的一种状态。并且温度越高核外电子失去的就越多,电离化程度就越强,处于外层的火焰与氧气接触充分,温度最高电离化程度最大,外层火焰就是等离子状态的带正电的离子。

我们眼睛所看到的火焰造型实际上就是原子不停被激发而形成离子的过程,我们称之为燃烧现象。所以火焰的本质就是离子(电离的气体)和形成离子过程中产生的燃烧现象。

但如果再转牛角尖一些,我们可以把火焰分为外焰、内焰和焰心,通常外焰和内焰都是等离子态的,而焰心会因为燃烧不充分存在一些即将被燃烧而尚未被燃烧的气体,这些气体原子处于基态还没被激发,但当火焰整体的温度较高时,火焰基本上可以说就是等离子态的离子。


科学薛定谔的猫



任有新2


很荣幸回答此问题:在此本人图文火焰的本质奉上请查收!

我们都知道“火”是物质燃烧时伴随产生的一种现象,火的温度很高,散发出光和热。但你是否愿意跟我一起来对火探个究竟?

为什么普遍气体燃烧时火焰时蓝色,而木头燃烧时火焰却是橘红色呢?为什么火焰总是晃动飘渺?

其实燃烧的实质有两个,化学能解释燃烧的实质,但放光放热确实物理现象(燃烧是化学现象,同时也是一种物理现象)。当物质充分燃烧时,比如煤气,火把或者蜡烛什么的,你们有没有发现火焰的底部都是呈蓝色的?这是因为热量激发电子跃迁放出淡蓝色的光,也就是量子力学。

而当燃料不纯或者是未能充分燃烧时,比如木头,煤炭或者蜡烛的火焰顶端其实仍然会有部分蓝色,但是我们看不到的,因为烟把它给遮住了,我们只能看到橘红色的火焰。那么为什么热的物体会发光?那是因为黑体辐射告诉我们所有的物体在不同的温度下会辐射不同频率的光。

你问我黑体辐射是啥?好吧黑体辐射就是任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的性质。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而被称之为热辐射。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律,物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body),以此作为热辐射研究的标准物体(现实中是不存在的)。

等等,你说为什么看不到你身边的好基友发光?那是因为人体的温度太低,不能辐射出我们肉眼可见的可见光,其实我们都是在发光的,我们发(辐射)红外线。但是岩浆,融化的钢铁,或者燃烧的煤炭,都有足够的温度放出橘红色的光。

那么我们平时看到的火焰为什么总是飘忽不定呢?因为重力(物体由于地球的吸引而受到的力叫重力)。重力使得热空气上升,空气的对流造成了我们平常看到的火焰形状。如果你在零重力环境下划亮一根火柴,那么火焰呈现出的形状会是球形。没有重力的影响,火焰会向各个方向延申。

你有更了解我们身边常见的“火”了吗?欢迎在下面留言一起讨论哦。


极脑科学


火焰的本质是汽态物质体的能量辐射。细致点说是分子中的原子及其原子核与核外电子被能量作用加大了自旋半径后的自旋复位过程态。看似个常见简单问题,如果从本质上去分析,它关系到物质的本质,物质的运动特性,能量的本质,能量作用于物质体的本质,这就是物质在自然界中的演化态及其变化规律。

火焰与火是两种概念,火可理解为能量或辐射,它是通过有型粒子态的型变及其型变转移来完成辐射运动态的,火焰就直接是粒子型变动态过程态。日常生活中看到的火焰主要由化学反映中的核外电子发生了变型与煙灭,失去动态量后,其动态转移到相邻粒子,使相邻粒子发生了相应型变。由于电子的惯性自旋复位,因为火焰四周具有相似的很多粒子,当直接参与化学反映的粒子获取半径增大后,它将依次转移并分摊给它相邻的粒子,输出型变动态的粒子半径就减小,获取粒子就增大,火焰由里向外传递转移,火焰的尾部也就依次变小。火焰的色是由粒子半径的大小及其自旋一圈转移出的动态量确定的。转移出的动态量本质就是动态体动态空间量,动态空间量与空间量是性质不同的两种概念,动态量是指某一强势动态体正在使用空间,关于这一点是广义相对论未搞明白的问题,误将动态空间描述为宇宙存在空间,它们的区别在于运动空间的强动态是有型动态规模态,依靠存在空间运动态支撑,存在空间是由无穷多的变型动态互为承载场所展现,如果分不清,要想彻底理解相对论量子力学的本质内涵并统一只能是空话。

借本题说一下光速,光速为何不用力加速就是光速,原因在于光本质就是空间压强动态,所谓有型物质体本质就是不同规模的动态型体,动态体的最基本单元就是电子类粒子,电子因来源于光动态耦合,其自旋速度也就是光速,光就是由不同半径的电子发生型态变化,使原电子的动态体积增大或缩小的转移过程态,再有就是电子存在于光动态的空间中,电子无论增大或缩小自变速度与空间跟进速度都是同步的,所以光速就是电子型变本身动态速度,光波就是电子自旋型变引起的空间跟进过程态。这样就从根本上解释了波粒二象性的物理过程。

光电磁本质都是动态体的不同动态平衡运动态,光是动态平衡转移运动,电是动态补充运动,磁是动态交换落差运动,力就是平衡位移过程,动态体只要存在内外压强不平衡就存在位移平衡,就会产生力。简略说了这么多,要想彻底明白,就只能放在动态平衡框架下的理论体系中去讲。(本文原创,个人研究结论供参考)


宇宙谱



许多的人们都认为火焰是一种等离子态,但是酋长我认为不是,酋长我认为火是物质燃烧产生的光和热,是能量的一种表达方式,或者简单的说是一种现象,而不是等离子态。


火焰并非都是高温等离子态,而是一种现象的主要原因在于低温下也可以产生火焰,而现今的主流所认可的,对火焰的看法就是:火是燃烧所产生的一种现象,是一种电子不断迁跃的过程。

火的导电流体的行为和运动,其实还可以用磁场加以影响或控制,也就是人们所说的“磁流体”。所以说火是物质分子分裂后重组到低能分子中分离、碰撞、结合时释放能量的过程或者现象。


拉拉酋长


本质上来说,火焰和光是一样的,都属于电磁波,而且电磁波的频率正好在视觉细胞的感受范围内。光是一种神奇的东西,最典型的就是光有波粒二象性。你可以把光看作是一种高能粒子,也可以把光看作是类似于声波那样的一种波动,他们都正确。光子在静止时是没有质量的,但是光不是静止的,一般认为光速大概是每秒三十万千米,太快了。尽管光子没有静止质量,但是高速运动的光子是有辐射能的。

至于火焰是怎么产生的,一般认为光子是在能级跃迁的时候产生的。当蜡烛燃烧,会产生大量的热,这时候原子就会不稳定,吸收能量后会向高能级跃迁,在高能级又不稳定,因为所有物质都有趋于低能态的趋势,因为低能态更加稳定,从高能级向低能级跃迁会发生什么呢,原子为了向低能级跃迁保持稳定,会丢出一部分能量,也就是向外辐射光子,也就是我们看到的火焰。从蜡烛燃烧的反应来看,就是将化学能转变为热能和一部分光能,题主问太阳光会不会有什么不一样呢,光和火焰产生的原理是一样的,但是能量转换不一样,太阳所谓的燃烧不是化学反应,而是核聚变,将一部分物质损失转变为巨大的能量,核聚变本质上是一个物理反应,因为元素和原子发生了变化,火焰燃烧是化学反应,虽然燃烧产生了新的化合物,但是组成化合物的原子没有发生变化,这就是二者的本质区别。

综上,火焰的本质是光,光具有波粒二象性,既有粒子的性质,也有波动的性质,光由能级跃迁产生。


小筞筞


火焰首先就是物质——因为它有形状,有边界,有质量(微粒),有重量(比重小于空气)。

火焰的物质成分是等离子体——它产生的物理现象是光和热。

光的问题——爱因斯坦霍金那帮人,还没有研究完……

我的意见——光,就是由等离子体释放出来的自由电子!

正如自由电荷的定向移动形成电流——自由电子的定向释放,就形成光线!

电流和光线均能产生——热量!

本人初步认为——热量是由自由电子(光子)的剧烈(高速)运动产生的……


奇石齋主


对于这个问题,我觉得首先有必要介绍一下燃烧的过程及本质。

燃烧

燃烧是指燃料和空气中的氧气(或其它气体,如镁可以和氮气反应)混合后在一定条件下(温度达到燃料着火点,即点燃),发生氧化还原反应,并迅速转变为燃烧产物,释放能量(光能,热能等)的一种过程。

燃烧的本质是物质(反应物转化成反应产物)和能量(化学能转化成其它形式的能量)的转化过程。自然界中物质的转化必然伴随着能量,物质与能量相依相存,不可分离。只是能量有大小之分罢了。

火焰

火焰是人们肉眼看到的一种可见光,可以想象瞎子是看不到的,但能感觉到火焰的温度。其本质则是反应释放出能量的一种,即光能。

因此火焰对我们人来讲,本质是一种能量。它可以为我们照明(光能),也可以为我们取暖(热能)。

其次光能可以作为一种信息,可以为我们传递信号。如烽火戏诸侯,半夜举火为号。


方记


火焰是燃料和空气混合后迅速转变为燃烧产物的化学过程中出现的可见光或其他的物理表现形式(有的不一定需要空气),燃烧是化学现象,同时也是一种物理现象。

火焰并非都是高温等离子态,在低温下也可以产生火焰。火焰中心(或起始平面)到火焰外焰边界的范围内是气态可燃物或者是汽化了的可燃物,它们正在和助燃物发生剧烈或比较剧烈的氧化反应。在气态分子结合的过程中释放出不同频率的能量波,因而在介质中发出不同颜色的光。火焰是能量的梯度场。伴随燃烧的过程,其残留物可以反射可见光,与能量密度无关。



火焰可以理解成混合了气体的固体小颗粒,因为是混合体,单纯的说成固体或者气体都不合理的。因为固体小颗粒跟空气中的氧气起反应(受到高温或者其它的影响),所以可以以光的方式释放能量。

在物质变为气态以后,如果从外界继续得到能量,到一定程度后,它的粒子又可以进一步分裂为带负电的电子和带正电的离子,即原子或分子发生了电离。电离使带电粒子浓度超过一定数量(通常大约需千分之一以上)后,气体的行为虽然仍与平常的流体相似,但中性粒子的作用开始退居到次要地位,带电粒子的作用成为主导的,整个物质表现出一系列新的性质。像这样部分或完全电离的气体,其中自由电子和正离子所带的负、正电荷量相等,而整体又呈电中性,行为受电磁场影响,称为“等离子体”。因为物质的固、液、气态都属于“聚集态”,所以从聚集态的顺序来说,也常常把“等离子态”称为物质的第四态。



蜡烛的泪状火焰是热量造成空气流上升所致。空气流在蜡烛火焰周围平稳流动,并将它聚拢成一点。本生灯的火焰形状是由空气流和燃气流共同控制的。如果本生灯在点燃之前,燃气没有同空气混合,灯的火焰就会是紊乱的,看上去像一条黄色的带子在微风中舞动。如果空气事先同燃气混合,那么火焰的温度要高得多,形状也规则得多,是带点蓝色的圆锥形。无论何种方式,火焰的形状同重力有关,尤其是这样一个事实:热空气的密度比冷空气低,因此会向上升。在失重状态下,这种“对流”的效应就不再发挥作用了,火焰的形状更像球形。

火是物质分子分裂后重组到低能分子中分离、碰撞、结合时释放的能量。火内粒子是高速运动的——高温高压就是这个目的。雷击能电离,那么高速碰撞一定也能电离,不然效果不可能一样。可以认为火是电离了的气体——等离子气体。这就是为什么雷殛的尸体都有烧伤的症状。

综上所述,火焰内部其实就是不停被激发而游动的气态分子。它们正在寻找“伙伴”进行反应并放出光和能量。而所放出的光,让我们看到了火焰。

本质分析

火焰的本质是放热反应中反应区周边空气分子加热而高速运动,从而发光的现象。

化学反应中当反应物总能量大于生成物总能量时,一部分能量以热能形式向外扩散,称为放热反应。向外释放的热能在反应区周围积聚,加热周边的空气,使周边空气分子做高速运动,运动速度越快,温度越高。火焰按照距反应区距离由近至远分为:1、焰心,粒子运动速度低,光谱集中在红外区,温度低,亮度最高。2、内焰,粒子运动速度中等,光谱集中在可见光部分,亮度最低,温度较高。3、外焰,粒子运动速度最快,光谱集中在紫外区,温度最高,亮度较高。反应区向外释放的能量从焰心至外焰逐渐升高,然后急剧下降,使火焰有较清晰的轮廓,火焰与周围空气的边界处即反应能量骤减处。


鑫子君




从理论上来说,只是物质氧化(燃烧就是剧烈氧化)放热所产生的“火焰”应该是无色的,但为什么一般的火焰都有颜色呢,那是因为构成物质的原子在高温下得到能量,发生能级跃迁,从基态跃迁到激发态,处于激发态的原子不稳定,会自动回到基态,在向基态跃迁的时候就放出能量,此能量以光的形式释放,由于不同原子跃迁所放出的能量或同种原子在不同的激发态跃迁所放出的能量不尽相同,各种物质或同种物质在不同情况下燃烧所发出的光的颜色是不同的(光的颜色由光的频率决定,而每一个光的频率值都对应着一个能量值),因此同种物质在不同温度情况下燃烧发出不同颜色的光也就不足为奇了,人看到火焰的三层也就不难解释了……

1.本质


火是物质燃烧产生的光和热,是能量的一种。必须有可燃物、燃点、氧化剂并存才能生火。三者缺任何一者就不能生火。火就是介于气态、固态、液态以外的等离子态。火是由等离子体(plasma)状态的物质组成的,plasma是由英国物理学家Sir William Crookes在1879年确定的物质的第四种状态(其它三种是固态、液态、气态)。

火是很泛的概念,基本包含两大元素:发光(光子的产生)和产热(如氧化、核反应所致)。在生活中,火可以被认为是物质发生某些变化时的表征。很多物质都能在某些特定的变化或说反应中产生光和热,两者共同构成我们所说的“火”。

我们就以以蜡烛为例,蜡燃烧时当然产生了火。但我们到底该认为谁是火呢?
水和二氧化碳是无法独自产生火的,可排除此可能性;我们在蜡烛燃烧时看到黑烟,说明炭还好好的存在着,并未发生反应,所以这种可能性亦不存在,至于其他杂分子,也是燃烧的副产物,既然称为产物,则不会在我们所讨论的反应过程中发生变化了,排除。只剩下蜡了。蜡是火?确实荒谬。不错,蜡本身绝不是火,但火源自蜡,而非上述任何其他物质,这是肯定的。蜡产生了火,而火却不是此反应中的任何反应物或生成物本身!火就是火自己!但火实际上确是一种物质,但又不仅仅是物质。
2.颜色

电子离开原子核,这个过程就叫做“电离”。这时,物质就变成了由带正电的原子核和带负电的电子组成的,一团均匀的“浆糊”,人们称它离子浆。这些离子浆中正负电荷总量相等,因此又叫等离子体。 而我们通常看到的火是电离的电子由激发态回到基态时放出的光子,不同能量的光子有不同能量的颜色。


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