為什么蠟燭燃燒時(shí)的火苗都是朝上的?

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 初中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

2019圣誕節(jié)近在咫尺,圣誕節(jié)點(diǎn)蠟燭以祈求好運(yùn)和上帝的祝福,同時(shí)也是對(duì)圣嬰的迎接,從物理學(xué)的角度來看,為什么燃燒的蠟燭,它的火苗是朝上的?物理知識(shí)大普及,小編一一為大家解答:

一、為什么燃燒的蠟燭,它的火苗是朝上的?

火在燃燒的時(shí)候,發(fā)出很多熱量。這種熱量把周圍的空氣加熱,于是,受熱后的空氣產(chǎn)生熱膨脹,變得很輕,開始上升。在水中,輕的物體總是漂浮在水面上。在空氣中也是這樣的。也就是說,由于空氣受熱變成上升氣流,才使得火焰的方向朝上。

你也可以這樣來理解:火向上燃燒,是因?yàn)樯仙目諝饣蛉紵臒釟怏w把火焰拉上去了。

因此,在火焰的上端呈現(xiàn)出一種像蠟燭的火苗或火柴的火苗那樣的尖形。這種形狀接近于三角形,尤其是頂端和三角形一樣。

由于物體在燃燒的過程中,這種作用不斷地產(chǎn)生,所以,火總是向上燃燒的。

人們認(rèn)為,失火現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng),煙囪能夠助燃,其原因都是由于這種強(qiáng)烈的、急劇上升的氣流造成的。你也可以認(rèn)為火苗是隨著上升的氣流而向上燃燒的。

二、燃燒的蠟燭為什么不論橫著還是豎著,火苗都朝上?

1. 蠟燭燃燒的實(shí)質(zhì)是蠟質(zhì)受熱氣化,與空氣混合,實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散燃燒;

2. 氣態(tài)物質(zhì)燃燒時(shí),由于氣體受熱膨脹,引起火焰處氣體密度比大空間氣體密度低;

3. 在重力場(chǎng)的作用下,密度小的流體受重力反方向的浮力而向上運(yùn)動(dòng),即對(duì)流運(yùn)動(dòng)。

綜上所述,蠟燭火苗的朝向僅與其所受的力場(chǎng)方向相反。因此,太空中無(wú)力場(chǎng)作用時(shí),蠟燭無(wú)法對(duì)流,則無(wú)法燃燒。

三、失重條件下的蠟燭能燃燒嗎? ?

作為舉世聞名的德裔美國(guó)科學(xué)家,阿爾伯特?愛因斯坦是現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人,贏得世人無(wú)盡的贊譽(yù)。在人類進(jìn)行航天飛行之前很久,他就提出了一個(gè)問題:“在失重的條件下(如宇宙飛船中)能點(diǎn)燃蠟燭嗎?”他的回答是否定的,理由是,處于失重狀態(tài)下的空氣不再受到重力,蠟燭燃燒時(shí),熱空氣不再上升,冷空氣也不再下降,蠟燭周圍被燃燒過的熱空氣包圍,而蠟燭芯不能得到氧氣的補(bǔ)充,因而很快會(huì)熄滅。

這種解釋完全合乎邏輯,可能正是這種邏輯妨礙人們?cè)趯?shí)踐中去驗(yàn)證。乘坐宇宙飛船遨游太空的人,誰(shuí)也不會(huì)想到去擦火柴或點(diǎn)蠟燭。

1987年2月,這種情況終于碰到了!昂推教(hào)”宇宙空間站發(fā)生了故障──氧氣發(fā)生器起火了。與理論上的看法相反,燃燒的火焰并沒有自動(dòng)熄滅,宇航員只好動(dòng)手將火撲滅。

這起事故觸發(fā)了俄羅斯和美國(guó)宇航員在失重條件下進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)的想法。于是他們點(diǎn)燃了蠟燭,結(jié)果蠟燭持續(xù)燃燒起來,不過燃燒速度比在地面緩慢得多,尤其不同的是火焰的外形不是象一般那樣向上伸展,而是一個(gè)很標(biāo)準(zhǔn)的圓球,火球外圍呈淡藍(lán)色。

這是什么原因呢?

原來愛因斯坦忽略了空氣熱運(yùn)動(dòng)的存在,即使沒有對(duì)流,含有氧的新鮮的空氣還是可以通過擴(kuò)散到達(dá)燭芯,維持蠟燭的燃燒,但燭焰因?yàn)闆]有冷、熱空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)而暗一些。同時(shí),由于失重,空間的各個(gè)方向是各向同性的,因而燭焰是球型的。宇宙飛船上天以后,前蘇聯(lián)的科學(xué)家在“聯(lián)盟8號(hào)”上順利進(jìn)行了焊接工作,證明了在失重條件下,的確能夠維持燃燒。愛因斯坦這樣的大物理學(xué)家也會(huì)作出錯(cuò)誤的推測(cè),可見物理問題是復(fù)雜的多變的,作為學(xué)生就更不應(yīng)該害怕犯錯(cuò),而應(yīng)該積極地思考,積極地推測(cè)。

既然在失重狀態(tài)下依然能夠燃燒,科學(xué)家在設(shè)計(jì)國(guó)際宇航空間站時(shí),就必須預(yù)先考慮到可靠的防火措施。

失重能夠產(chǎn)生更圓的溫度更低的火焰。在上面兩張對(duì)照?qǐng)D中,正常重力條件下產(chǎn)生的火焰和失重環(huán)境下的火焰之間的區(qū)別可謂一目了然。之所以存在這種區(qū)別,物理學(xué)的解釋是:在地球上,由于受到重力的影響,燃燒后會(huì)使旁邊空氣形成上下對(duì)流,于是我們看到的火焰向上。在太空失重的情況下,這種上下對(duì)流消失,點(diǎn)燃后的蠟燭沒有所謂的向上或向左等等的方向,其火焰就會(huì)向四周伸展,形成球形火焰。

在燃燒的同時(shí),雖然消耗了氧氣,重要是氧氣分子是做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)的,周圍的氧氣分子會(huì)填補(bǔ)原來的氧氣的空間,蠟燭便得以繼續(xù)燃燒,但由于受到廢氣的阻礙,燃燒時(shí)獲得的氧氣量會(huì)比在地球上相對(duì)減小,燃燒不夠充分,燃燒會(huì)比在地球上更緩慢。


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