Tulipalo (liekki) voi sisältää plasmaa, vaikkakin osittain ionisoitunutta plasmaa, jota hallitsevat törmäykset:
”Se, onko liekissä plasmaa, riippuu poltettavasta materiaalista ja lämpötilasta”.
The Contemporary Physics Education Project tuottaa plasmoja käsittelevän julisteen (ks. oikealla), jossa liekit (ts. tulipalo) esitetään plasmana.
Kirjassaan Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion Francis F. Chen toteaa:
Mitään ionisoitunutta kaasua ei tietenkään voi kutsua plasmaksi; missä tahansa kaasussa on aina pieni ionisaatioaste. Hyödyllinen määritelmä on seuraava: Plasma on kvasineutraali kaasu, joka koostuu varatuista ja neutraaleista hiukkasista, jotka käyttäytyvät kollektiivisesti.
Hän kuvaa edelleen kolme parametria, joiden on täytyttävä, jotta plasma voidaan tunnistaa. Näitä ovat (1) plasman approksimaatio (2) irtovuorovaikutukset (3) plasman taajuus. Kirjassaan Chen arvioi näiden kolmen parametrin perusteella, ovatko tietyt ilmiöt todellakin plasmaa, ja päätyy siihen, että tyypillinen liekki todellakin täyttää plasman kriteerit.
Käytännössä tuli on siis voimakkaasti törmäilevä, osittain ionisoitunut plasma, jossa törmäykset saattavat peittää osan kollektiivisesta käyttäytymisestä.
Liekkiplasmat
Liekki plasmana
Alfred von Engel kirjoittaa:
”Liekin osaa, jolla on sähköplasman tunnetut ominaisuudet, kutsutaan ”liekkiplasmaksi”, eikä siis jokainen liekkityyppi ansaitse tätä nimitystä.”
Tuftsin yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitoksen tähtitieteen professori Kenneth R. Lang kirjoittaa:
”Kynttilän liekki on plasmaa, samoin kuin kaikki maailmankaikkeuden tähdet”.
M. Ikeya kirjoittaa:
”Van de Graaffin generaattorin negatiivisesti varautunut pallo vetää puoleensa positiivisia ioneja kynttilänliekin plasmassa. Vaikka liekin plasma liikkuu normaalisti ylöspäin lämmitetyssä konvektiovirrassa, se vedetään alaspäin kohti palloa, kun raskaat positiiviset ionit vetävät puoleensa ja vetävät mukanaan kaikki muut liekin komponentit alaspäin, mukaan lukien alhaisen tiheyden negatiivisesti varatut komponentit.” (Ks. viitteestä kuva)
Liekkiplasman tyypit
Alfred von Engel toteaa:
”… on olemassa erityyppisiä liekkiplasmoja, kuten viileissä liekeissä tai matalammassa paineessa olevissa liekeissä esiintyviä plasmoja, jotka eroavat siitä, mitä yleisesti liekiksi kutsutaan. ” Toinen tyyppi on atomiliekki, joka syntyy sähköpurkauksessa. Tämän tiedetään tapahtuvan, kun hehku- tai kaaripurkaus kulkee kaasun läpi, jolloin kaasumolekyylien dissosiaatio tapahtuu. Näin voidaan tuottaa atomaarista vetyä, atomaarista happea ja atomaarista typpeä. atomaarista vetyä sisältävää polttimoa käytettiin ensimmäisen kerran hitsaukseen. Sulaminen ei tapahdu lyhyen kaariliekin vaikutuksesta, vaan vetyatomien rekombinaation seurauksena pinnalla oleviksi molekyyleiksi, jolloin vapautuu energiaa noin 100 kcal/mol tai 4,5ev. ”Toisenlaista liekkiplasmaa tuotetaan esimerkiksi harvoissa molekyylikaasuissa soveltamalla suurta korkeataajuista rengaspurkausta virtaavaan kaasuun. Tällöin syntyy erittäin kuuman (10 000 – 12 000 K) virittyneen kaasun liekki…”.
Liekkiplasmat sähköntuotannossa
Alfred von Engel kirjoittaa:
”Yksi liekkiplasmojen nykyisistä kiinnostuksen kohteista teknisissä ongelmissa on magnetohydrodynaaminen sähköntuotanto. Hiilivetyliekit johdetaan kanavan läpi, jonka poikki asetetaan voimakas magneettikenttä. Kenttää ja kaasuvirtausta vastaan kohtisuorassa olevat elektrodit, jotka eivät kuitenkaan välttämättä ole vastakkain, edustavat Faradayn dynamon periaatetta hyödyntävän generaattorin napoja; kuparilangat on tässä tapauksessa korvattu nopeasti liikkuvalla ionisoidulla kaasulla (66).”
Footnotes
- Plasma and Flames – The Burning Question (PDF) julkaistu 2008 by the Coalition for Plasma Science
- Contemporary Physics Education Project
- Francis F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion (1984) Springer, 421 sivua, ISBN 0306413329 AKATEEMINEN KIRJOITUS
- Chen, Ibid. Sivu 12.
- A. von Engel ja J.R. Cozens, ”Flame Plasma” teoksessa Advances in electronics and electron physics, toimittanut L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Sivut 99-144)
- Kenneth Lang Tufts University
- Kenneth R. Lang, Sun, earth, and sky, Springer, 2006, ISBN 0387304568, ISBN 9780387304564, 284 sivua. (Sivu 25)
- M. Ikeya, ”Maanjäristykset ja eläimet: kansantarinoista tieteeseen”, World Scientific, 2004, ISBN 9812385916 ISBN 9789812385918, 295 sivua. Sivu 196
- A. von Engel ja J.R. Cozens, ”Flame Plasma” teoksessa Advances in electronics and electron physics, toimittanut L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Sivut 142-143)
- A. von Engel ja J.R. Cozens, ”Flame Plasma” teoksessa Advances in electronics and electron physics, by L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Sivut 143)
See also
- A. Von Engel & J. R. Cozens, ”Origin of Excessive Ionization in Flames”, Nature 202, 480 (02.05.1964). ”Jo pitkään on tiedetty, että liekeissä tapahtuvien palamisreaktioiden tyyppisiin palamisreaktioihin liittyy toisinaan liekkikaasun erittäin voimakas ionisoituminen ja kiihottuminen (Viitattu: Gaydon, A. G. , and Wolfhard, H. G., Flames (Chapman and Hall, London, 1960)).”
- ”Is fire a plasma?” Fysiikkafoorumin verkkosivulla.
- What’s In A Candle Flame? – Video YouTubessa