Feuer (Flammen) können ein Plasma enthalten, das allerdings ein teilweise ionisiertes Plasma ist und von Kollisionen dominiert wird:
„Ob ein Plasma in einer Flamme existiert, hängt von dem verbrannten Material und der Temperatur ab“.
Das Contemporary Physics Education Project stellt ein Poster über Plasmen her (siehe rechts), auf dem Flammen (d.h. Feuer) als Plasma dargestellt werden.
In seinem Buch Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion stellt Francis F. Chen fest:
Jedes ionisierte Gas kann natürlich nicht als Plasma bezeichnet werden; in jedem Gas gibt es immer einen geringen Grad an Ionisierung. Eine nützliche Definition lautet wie folgt: Ein Plasma ist ein quasineutrales Gas, das aus geladenen und neutralen Teilchen besteht, die ein kollektives Verhalten zeigen.
Weiter beschreibt er drei Parameter, die erfüllt sein müssen, um ein Plasma zu identifizieren. Dazu gehören (1) die Plasmanäherung (2) Massenwechselwirkungen (3) die Plasmafrequenz. In seinem Buch bewertet Chen anhand der drei Parameter, ob es sich bei bestimmten Phänomenen tatsächlich um ein Plasma handelt, und kommt zu dem Schluss, dass eine typische Flamme tatsächlich die Kriterien eines Plasmas erfüllt.
In der Praxis ist Feuer also ein hochgradig kollisionierendes, teilweise ionisiertes Plasma, in dem die Kollisionen einen Teil des kollektiven Verhaltens verdecken können.
Flammenplasmen
Flammen als Plasma
Alfred von Engel schreibt:
„Der Teil einer Flamme, der die bekannten Eigenschaften eines elektrischen Plasmas besitzt, wird „Flammenplasma“ genannt, und daher verdient nicht jede Art von Flamme diese Bezeichnung.“
Der Professor für Astronomie am Fachbereich Physik und Astronomie der Tufts University, Kenneth R. Lang, schreibt:
„Eine Kerzenflamme ist ein Plasma, ebenso wie alle Sterne im Universum.“
M. Ikeya schreibt:
„Eine negativ geladene Kugel eines Van-de-Graaff-Generators zieht positive Ionen im Kerzenflammenplasma an. Obwohl sich das Flammenplasma normalerweise in der erhitzten Konvektionsströmung nach oben bewegt, wird es nach unten zur Kugel gezogen, da die schweren positiven Ionen angezogen werden und alle anderen Komponenten der Flamme mit sich nach unten ziehen, einschließlich der negativ geladenen Komponenten mit geringer Dichte.“ (Siehe Verweis zur Veranschaulichung)
Typen von Flammenplasmen
Alfred von Engel stellt fest:
„… es gibt besondere Arten von Flammenplasmen, wie Plasmen in kühlen Flammen oder Flammen bei niedrigerem Druck, die sich von dem unterscheiden, was man gemeinhin als Flamme bezeichnet. „Eine andere Art ist die atomare Flamme, die durch eine elektrische Entladung erzeugt wird. Sie entsteht bekanntlich, wenn eine Glüh- oder Bogenentladung ein Gas durchquert, wobei eine Dissoziation der Gasmoleküle stattfindet. Auf diese Weise können atomarer Wasserstoff, atomarer Sauerstoff und atomarer Stickstoff erzeugt werden. Der atomare Wasserstoffbrenner wurde erstmals zum Schweißen verwendet. Das Schmelzen erfolgt nicht unter dem Einfluss der kurzen Lichtbogenflamme, sondern durch die Rekombination der Wasserstoffatome zu Molekülen an der Oberfläche, wobei eine Energie von etwa 100 kcal/mol oder 4,5ev freigesetzt wird. „Eine andere Art von Flammenplasma wird z. B. bei Edelgasen durch eine große Hochfrequenz-Ringentladung auf das strömende Gas erzeugt. Es entsteht eine Flamme aus sehr heißem (10.000 bis 12.000 K) angeregtem Gas…“
Flammenplasmen in der Elektrizitätserzeugung
Alfred von Engel schreibt:
„Eines der aktuellen Interessen von Flammenplasmen in technischen Problemen ist die magneto-hydrodynamische Erzeugung von Elektrizität. Kohlenwasserstoffflammen werden durch einen Kanal geleitet, an den ein starkes Magnetfeld angelegt ist. Elektroden, die senkrecht zum Feld und zum Gasstrom, aber nicht notwendigerweise gegenüberliegend angeordnet sind, stellen die Pole eines Generators dar, der das Prinzip des Faradayschen Dynamos nutzt, wobei die Kupferdrähte hier durch ein sich schnell bewegendes ionisiertes Gas ersetzt werden (66).“
Fußnoten
- Plasma and Flames – The Burning Question (PDF) veröffentlicht 2008 von der Coalition for Plasma Science
- Contemporary Physics Education Project
- Francis F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion (1984) Springer, 421 Seiten, ISBN 0306413329 ACADEMIC BOOK
- Chen, Ibid. Seite 12.
- A. von Engel und J.R. Cozens, „Flame Plasma“ in Advances in electronics and electron physics, von L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Seiten 99-144)
- Kenneth Lang at Tufts University
- Kenneth R. Lang, Sun, earth, and sky, Springer, 2006, ISBN 0387304568, ISBN 9780387304564, 284 Seiten. (Seite 25)
- M. Ikeya, „Earthquakes and animals: from folk legends to science“, World Scientific, 2004, ISBN 9812385916, ISBN 9789812385918, 295 Seiten. Seite 196
- A. von Engel und J.R. Cozens, „Flame Plasma“ in Advances in electronics and electron physics, von L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Seiten 142-143)
- A. von Engel und J.R. Cozens, „Flame Plasma“ in Advances in electronics and electron physics, by L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Pages 143)
See also
- A. Von Engel & J. R. Cozens, „Origin of Excessive Ionization in Flames“, Nature 202, 480 (02. Mai 1964). „Es ist seit langem bekannt, dass Verbrennungsreaktionen, wie sie in Flammen vorkommen, manchmal von einem extrem hohen Grad an Ionisierung und Anregung des Flammengases begleitet werden (Ref: Gaydon, A. G. , and Wolfhard, H. G., Flames (Chapman and Hall, London, 1960).)“
- „Is fire a plasma?“ auf der Website des Physikforums.
- What’s In A Candle Flame? – Video auf YouTube