Ogień (płomień) może zawierać plazmę, aczkolwiek taką, która jest plazmą częściowo zjonizowaną i zdominowaną przez zderzenia:
„To czy plazma istnieje w płomieniu zależy od spalanego materiału i temperatury”.
Contemporary Physics Education Project stworzył plakat na temat plazmy (patrz po prawej), w którym płomień (tzn. ogień) jest pokazany jako plazma.
W swojej książce, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Francis F. Chen zauważa:
Jakikolwiek zjonizowany gaz nie może być oczywiście nazwany plazmą; zawsze istnieje niewielki stopień jonizacji w każdym gazie. Użyteczna definicja jest następująca: Plazma jest quasineutralnym gazem, naładowanych i neutralnych cząstek, które wykazują kolektywne zachowanie.
Dalej opisuje trzy parametry, które muszą być spełnione, aby zidentyfikować plazmę. Należą do nich (1) przybliżenie plazmy (2) interakcje masowe (3) częstotliwość plazmy. W swojej książce Chen ocenia, czy pewne zjawiska są rzeczywiście plazmą, na podstawie tych trzech parametrów i dochodzi do wniosku, że typowy płomień rzeczywiście spełnia kryteria bycia plazmą.
W praktyce więc, ogień jest wysoce kolizyjną, częściowo zjonizowaną plazmą, w której kolizje mogą maskować niektóre z kolektywnych zachowań.
Plazmy płomieni
Płomienie jako plazma
Alfred von Engel pisze:
„Część płomienia, która posiada znane właściwości plazmy elektrycznej, nazywana jest „plazmą płomieniową”, a zatem nie każdy rodzaj płomienia zasługuje na to wyróżnienie.”
Profesor astronomii na Wydziale Fizyki i Astronomii w Tufts University, Kenneth R. Lang pisze:
„Płomień świecy jest plazmą, podobnie jak wszystkie gwiazdy we Wszechświecie”.
M. Ikeya pisze:
„Ujemnie naładowana sfera generatora Van de Graaffa przyciąga dodatnie jony w plazmie płomienia świecy. Chociaż plamsa płomienia normalnie porusza się w górę w ogrzewanym strumieniu konwekcyjnym, jest ona ściągana w dół w kierunku kuli, ponieważ ciężkie jony dodatnie są przyciągane i pociągają za sobą w dół wszystkie inne składniki płomienia, w tym ujemnie naładowane składniki o niskiej gęstości.” (Patrz odnośnik dla ilustracji)
Typy plazmy płomieniowej
Alfred von Engel zauważa:
„… istnieją specjalne typy plazmy płomieniowej, takie jak plazma w chłodnych płomieniach, lub płomieniach przy niższym ciśnieniu, które różnią się od tego, co powszechnie nazywa się płomieniem. „Innym rodzajem jest płomień atomowy, który jest wytwarzany przez wyładowanie elektryczne. Wiadomo, że powstaje on, gdy wyładowanie jarzeniowe lub łukowe przechodzi przez gaz, w wyniku czego następuje dysocjacja cząsteczek gazu. W ten sposób można wytworzyć atomowy wodór, atomowy tlen i atomowy azot. palnik z atomowym wodorem został po raz pierwszy użyty do spawania. Topnienie zachodzi nie pod wpływem krótkiego płomienia łuku, ale w wyniku rekombinacji atomów wodoru do cząsteczek na powierzchni, uwalniając energię około 100 kcal/mol lub 4,5ev. „Inny rodzaj płomieni plazma jest wytwarzana, na przykład, w rzadkich gazów molekularnych, przez zastosowanie dużych wyładowań pierścieniowych wysokiej częstotliwości do gazu strumieniowego. Pojawia się płomień bardzo gorącego (10.000 do 12.000K) wzbudzonego gazu…”
Plazmy płomieniowe w wytwarzaniu energii elektrycznej
Alfred von Engel pisze:
„Jednym z aktualnych zainteresowań plazmami płomieniowymi w problemach inżynierskich jest magneto-hydrodynamiczne wytwarzanie energii elektrycznej. Płomienie węglowodorowe są przepuszczane przez kanał, w którym przyłożone jest silne pole magnetyczne. Elektrody prostopadłe do pola i przepływu gazu, ale niekoniecznie przeciwległe do siebie, stanowią bieguny generatora wykorzystującego zasadę dynamo Faradaya, przy czym miedziane druty są tu zastąpione przez szybko poruszający się zjonizowany gaz (66).”
Footnotes
- Plasma and Flames – The Burning Question (PDF) opublikowany 2008 przez Coalition for Plasma Science
- Contemporary Physics Education Project
- Francis F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion (1984) Springer, 421 stron, ISBN 0306413329 KSIĄŻKA AKADEMICKA
- Chen, Tamże. Strona 12.
- A. von Engel i J.R. Cozens, „Flame Plasma” w Advances in electronics and electron physics, by L. L. Marton, Academic Press, 1976, ISBN 0120145200, 9780120145201 (Strony 99-144)
- Kenneth Lang at Tufts University
- Kenneth R. Lang, Sun, earth, and sky, Springer, 2006, ISBN 0387304568, ISBN 9780387304564, 284 strony. (Strona 25)
- M. Ikeya, „Earthquakes and animals: from folk legends to science”, World Scientific, 2004, ISBN 9812385916 ISBN 9789812385918, 295 stron. Strona 196
- 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 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)
Zobacz też
- A. Von Engel & J. R. Cozens, „Origin of Excessive Ionization in Flames”, Nature 202, 480 (02 maja 1964). „Od dawna wiadomo, że reakcjom spalania typu występującego w płomieniach towarzyszy niekiedy niezwykle wysoki stopień jonizacji i wzbudzenia gazu płomieniowego (Ref: Gaydon, A. G. , and Wolfhard, H. G., Flames (Chapman and Hall, London, 1960).”
- „Is fire a plasma?” na stronie Physics Forum Web.
- What’s In A Candle Flame? – Video at YouTube