Fire (flames) può contenere plasma, anche se un plasma parzialmente ionizzato, e dominato da collisioni:
“Se un plasma esiste in una fiamma dipende dal materiale che viene bruciato e la temperatura”.
Il Contemporary Physics Education Project produce un poster sui plasmi (vedi a destra) in cui le fiamme (cioè il fuoco) è mostrato come un plasma.
Nel suo libro, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Francis F. Chen nota:
Qualsiasi gas ionizzato non può essere chiamato un plasma, naturalmente; c’è sempre un piccolo grado di ionizzazione in qualsiasi gas. Una definizione utile è la seguente: Un plasma è un gas quasineutrale, di particelle cariche e neutre, che mostrano un comportamento collettivo.
Passa poi a descrivere tre parametri che devono essere soddisfatti per identificare un plasma. Questi includono (1) l’approssimazione del plasma (2) le interazioni di massa (3) la frequenza del plasma. Nel suo libro, Chen continua a valutare se certi fenomeni sono effettivamente plasma, sulla base dei tre parametri, e conclude che una tipica fiamma soddisfa effettivamente i criteri di essere un plasma.
In pratica, quindi, il fuoco è un plasma altamente collisionale e parzialmente ionizzato, in cui le collisioni potrebbero mascherare parte del comportamento collettivo.
Plasmi di fiamma
Fiamme come plasma
Alfred von Engel scrive:
“La parte di una fiamma che possiede le ben note proprietà di un plasma elettrico è chiamata “plasma di fiamma”, e quindi non ogni tipo di fiamma merita questa distinzione.”
Professore di astronomia nel Dipartimento di Fisica e Astronomia della Tufts University, Kenneth R. Lang scrive:
“La fiamma di una candela è un plasma, come tutte le stelle dell’Universo”.
M. Ikeya scrive:
“Una sfera carica negativamente di un generatore di Van de Graaff attrae ioni positivi nel plasma della fiamma di candela. Anche se la fiamma plamsa normalmente si muove verso l’alto nella corrente di convezione riscaldata, viene tirata giù verso la sfera poiché gli ioni positivi pesanti sono attratti e tirano giù con loro tutti gli altri componenti della fiamma, compresi i componenti a bassa densità caricati negativamente.” (Vedere il riferimento per l’illustrazione)
Tipi di plasma di fiamma
Alfred von Engel nota:
“… ci sono tipi speciali di plasmi di fiamma, come i plasmi in fiamme fredde, o fiamme a bassa pressione, che differiscono da ciò che è comunemente chiamato una fiamma. “Un altro tipo è la fiamma atomica, che è prodotta da una scarica elettrica. È noto che ciò avviene quando una scarica a bagliore o ad arco passa attraverso un gas, per cui avviene la dissociazione delle molecole del gas. In questo modo, l’idrogeno atomico, l’ossigeno atomico e l’azoto atomico possono essere prodotti. La fusione non avviene sotto l’influenza della fiamma dell’arco corto, ma a causa della ricombinazione degli atomi di idrogeno in molecole sulla superficie, rilasciando un’energia di circa 100 kcal/mole o 4,5ev. “Un altro tipo di fiamme plasma è prodotto, per esempio, in rari di gas molecolari, applicando grandi scariche ad anello ad alta frequenza al gas in streaming. Una fiamma di gas eccitato molto caldo (da 10.000 a 12.000K) emerge…”
Plasmi di fiamma nella generazione di elettricità
Alfred von Engel scrive:
“Uno degli interessi attuali dei plasmi di fiamma nei problemi di ingegneria è la generazione magneto-idrodinamica di elettricità. Le fiamme di idrocarburi vengono fatte passare attraverso un condotto attraverso il quale viene applicato un forte campo magnetico. Elettrodi perpendicolari al campo e al flusso di gas, ma non necessariamente opposti l’uno all’altro, rappresentano i poli di un generatore che utilizza il principio della dinamo di Faraday, i fili di rame sono qui sostituiti da un gas ionizzato in rapido movimento (66).
Footnotes
- Plasma and Flames – The Burning Question (PDF) pubblicato nel 2008 dalla Coalition for Plasma Science
- Contemporary Physics Education Project
- Francis F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion (1984) Springer, 421 pagine, ISBN 0306413329 ACADEMIC BOOK
- Chen, Ibid. Pagina 12.
- A. von Engel e J.R. Cozens, “Flame Plasma” in Advances in electronics and electron physics, di L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Pagine 99-144)
- Kenneth Lang at Tufts University
- Kenneth R. Lang, Sun, earth, and sky, Springer, 2006, ISBN 0387304568, ISBN 9780387304564, 284 pagine. (Pagina 25)
- M. Ikeya, “Earthquakes and animals: from folk legends to science”, World Scientific, 2004, ISBN 9812385916 ISBN 9789812385918, 295 pagine. Pagina 196
- A. von Engel e J.R. Cozens, “Flame Plasma” in Advances in electronics and electron physics, di L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Pagine 142-143)
- A. von Engel and 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 maggio 1964). “È noto da molto tempo che le reazioni di combustione del tipo che si verificano nelle fiamme sono talvolta accompagnate da un grado estremamente elevato di ionizzazione ed eccitazione del gas di fiamma (Rif: Gaydon, A. G. , e Wolfhard, H. G., Flames (Chapman and Hall, London, 1960).”
- “Il fuoco è un plasma?” sul sito web di Physics Forum.
- Cosa c’è nella fiamma di una candela? – Video su YouTube