火焰是等离子体吗?

作者: 黄泽森

来源: 石头科普工作室

发布日期: 2019-11-28 09:30:03

本文讨论了火焰是否为等离子体的问题,通过解释等离子体的概念和火焰的发光原理,得出结论:火焰不是等离子体,因为它不够热。文章还探讨了火焰在不同条件下的性质变化。

火焰是等离子体吗?

要解释这个问题,我们首先要看一看火焰是怎么产生的。火和焰其实是不一样的两个概念,所以您的这个问题问的其实是焰是不是等离子体。那么对于这个问题简单的回答就是:一般来说,焰不是等离子体,因为它不够热。

如果要更深入地解答这个问题,我们需要重新回顾一下等离子体的概念。上次我和您科普过等离子体,我只提到了当某个东西很热的时候,它就会变成等离子体。其实我有意地忽略了两点重要的信息,一是这个东西到底需要多热才能变成等离子体,二是温度高并不是唯一条件。

首先,众所周知我们的物质世界是由原子构成的。原子是由原子核和电子构成的,原子核带正电,电子带负电,它们被一种叫做库仑力的相互作用力绑定在了一起。库仑力乍一听上去好像很高大上,其实这个力是与我们的生活最息息相关的力,没有之一。库仑力就是把万物绑定在一起的力量,比如你家的铁桌子,桌子的一头和另一头之所以可以一起动,是因为有库仑力的作用把桌子里的分子锁定在了一起。

答案是非常热。

举一个简单的例子,最简单的原子氢原子,如果要把氢原子的电子掰下来,需要13.6电子伏特的能量,对应的温度约150000度,而一般的火焰只有500-600度,这差的实在是有点远。除此之外,还有我提到的另外一个条件哦~事实上等离子体是通过粒子的平均势能和平均动能的比来定义的:一般来说我们认为Γ<<1的时候这个物质可以被称为等离子体。

所以事实上,温度要比刚才提到的温度要高许多,这个物质才会表现出真正的等离子体的性质,所以火焰离等离子体还差得远!

那为什么火焰还是会发光呢?这个问题其实更加深刻了。有很多人专门为这个问题写了很多书。简要地说,火焰发出的光是由燃烧后产生的物质的黑体辐射和某些分子的跃迁光子组成的。简单地说就是燃烧产生了很多很热的物质,而很热的物质本身就是会发光的!

而且,火焰本身在不同条件下会有非常不同的性质,比如在地球上火焰就是下蓝上红的样子(因为不完全燃烧),而在国际空间站,失去重力的约束后,火焰就变成了右边蓝蓝圆圆的可爱模样了。

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