wz

Tajemství ohně a jeho plamenů

Existují naprosto běžné pojmy, pod kterými si představujeme cosi velice konkrétního, ale kdybychom se nad tím měli zamyslet, tak vlastně ani přesně nevíme, co to je. Vezměme si taková běžná a často používaná slova, jako oheň, plamen a dým. Dokázali byste jen tak, ze vzduchu, okamžitě a věcně správně tyto pojmy vysvětlit a popsat?

Známý spisovatel a zakladatel hnutí woodcraft (lesní moudrost, zálesácká dovednost) - Ernest Thompson Seton - kdysi pronesl:

Člověk je jediné zvíře, které je cítit kouřem.

Jistěže i jiná zvířata bývají cítit kouřem - ovšem pokud "zvíře" člověk zatouží po jejich tepelné úpravě. Není znám případ, kdy například pes by si rozdělal oheň, aby si na něm opekl sousedovic kočku.

Co je to vlastně ten oheň? Dalo by se říci, že je to viditelná forma projevu hoření. Dalším projevem hoření, který jsme schopni vnímat našimi smysly, je teplo. A hoření si můžeme fyzikálně nadefinovat jako proces samoudržující se exotermické oxidace hořlavých plynů, které se uvolňují z paliva. Ve slově exotermické je právě ukryto to, co od hoření většinou požadujeme - vývin tepla.

 

 

Aby se z paliva uvolnily hořlavé plyny, je zapotřebí palivo zažehnout, tedy dodat mu určité počáteční množství energie, která způsobí potřebný vývin plynu. Jakmile se plyny zažehnou, teplo produkované hořením již postačí k dalšímu zplynování a proces se udržuje v chodu sám - oheň chytí, rozhoří se a pak již sám hoří tak dlouho, dokud má dostatek paliva a kyslíku nebo pokud není ochlazen na teplotu, při které ustává uvolňování hořlavých plynů.

Jaký je rozdíl mezi ohněm a požárem z pohledu hasičů? Oheň je definován jako lidmi řízené, předem plánované a kontrolované hoření, ohraničené určitým prostorem. No a požár - tam je to vlastně všechno naopak.

V průběhu hoření lze pozorovat světlo a cítit teplo. Vytvářejí je plameny, které pozorujeme nad hořícím palivem. Plamen je z vizuálního hlediska vlastně jakýsi "obláček" plynu, na povrchu tak žhavý, že zřetelně září. Povrch plamene je tvořen plynem už částečně ionizovaným, někdy je proto považován za nízkoteplotní plazmu (jiné zdroje dokazují, že se o plazmu nejedná, tak si vyberte...). Chemická reakce, při které se vzdušným kyslíkem oxiduje hořlavý plyn, probíhá obvykle nestejnoměrně, podle toho, jak je hořlavý materiál v dané chvíli zahřátý, jak dochází k promíchávání plynů se vzduchem a podobně. Proto se nám zdá, že plameny poskakují, různě se míhají - prostě oheň se na pohled chová tak trochu jako živý organismus. Obraz plamenů, jak jej my vnímáme, je však vjem daný setrvačností oka; mikrofotografie plamene jsou zajímavé a nejsou prý podobné tomu, jak jsme oheň zvyklí vidět.

Jistě jste si všimli, že plameny mají různou barvu. Dovedete si ještě představit Bunsenův plynový kahan v chemické laboratoři? Vzpomínáte, jak se barva plamene měnila podle toho, jak jste do hořáku řídili přístup vzduchu? Žlutý plamen, když jste vzduch přivřeli, byl sice svítivý, ale měl nižší teplotu. Jak se přidávalo do hořáku více vzduchu, spalování plynu mohlo probíhat dokonaleji a plamen se stal modrým - méně svítivým a teplejším. Hořáky plynového sporáku mají obvykle plamen modrý, jsou seřízeny na co nejlepší spalování, při kterém dají nejvyšší teplotu.

V hodinách výtvarné výchovy jsme se učívali, že modrá a bílá jsou "studené barvy". Ono se to možná zdá divné, ale ve světě plamenů - i ve vesmíru - tomu tak není. Představte si, že zahříváte kus železa v ohni. Jak se postupně rozpaluje, přechází do temně rudého žáru, pak zčervená, zoranžoví a zbělá. Kdybyste měli autogen, tak se železo v jeho modrém plameni snadno roztaví - modrá je tedy mnohem teplejší než bílá. Podobně je tomu i u hvězd - rudé jsou "chladnější" než žluté, ale ty jsou zase chladnější než bílé a ještě teplejší jsou hvězdy modré. Takže se dostáváme do paradoxní situace, kdy barva plamene vnímaná subjektivně jako studená je naopak nejteplejší.

 

 

Poznamenávám ještě, že na obrázku jsou teploty v Kelvinech - k Celsiově stupnici se dostanete tak, že od hodnoty v Kelvinech odečtete 273,15 - což u hodnot řádově v tisících jednotek není ani tak moc podstatné.

Ovšem někdy může dojít k určitému zmatení smyslů. Barvu plamene totiž mohou ovlivnit látky, které jsou v něm přítomny. Například i nepatrné stopy sodíku dokážou modrý plamen zbarvit žlutooranžově, Zkuste vhodit do plamene plynového sporáku pár krystalků kuchyňské soli (chloridu sodného) a plamen rázem zežloutne. Stejně tak se stane i když vám přeteče hrnec, v němž vaříte jídlo - potraviny samy o sobě obvykle chlorid sodný obsahují, ani nemusí být přisolované - a plamen opět zežloutne (pokud ho svou nehospodárnou obsluhou hořáku rovnou neuhasíte). Oheň se může zbarvit i do různých jiných barev - to lze pozorovat třeba při ohňostroji. Krvavě rudou barvou plamene se projevuje stroncium, vápník barví plamen do oranžova, baryum do zelena ... modrozeleně se v ohni projevuje měď.

Není kouře bez ohně ... ale měl by být oheň bez kouře. Přítomnost kouře je příznakem nedokonalého spalování, při kterém jsou ve zplodinách hoření přítomny malé pevné částečky. pokud oheň hoří správně, nemělo by k takovému jevu docházet a nespálené zbytky by rovněž měly zoxidovat až na plyny. Nedokonalé spalování znáte také z denní praxe na silnici, zejména od nesprávně seřízených dieselových motorů. Pokud pak řidič - "závodník amatér" - prudce akceleruje, nespálí se nafta v motoru dokonale a černá smrdutá oblaka linoucí se z výfuku signalizují okolí - pozor, tady jede pěknej křupan.

Víte, jakou teplotu má plamínek běžné zápalky? Není to moc, jen kolem 800 °C. Ale na popálení prstů to bohatě stačí. Pokud by vás zajímalo, jakou teplotu má plamen při spalování různých hmot, pak tu máme následující přehled přímo od hasičů:

Možná byste nevěřili, ale podle hasičů vydávají neuvěřitelnou teplotu  hořící plastová ramínka z tvrzeného polystyrenu - ta mají teplotu plamene až 2210 °C.

Co se týče spalování obvyklých technických plynů, tak běžné propan-butanové hořáky dosahují teploty plamene 800-1600 °C. Zemní plyn spalovaný na vzduchu dosahuje teploty asi 2000 °C a v čistém kyslíku asi 2700 °C. Acetyléno-kyslíkový hořák vyvine teplotu 2700-3200 °C a tryska hlavního motoru raketoplánu, napájená kapalným kyslíkem a kapalným vodíkem dosáhne teploty plamene asi 3300 °C.

Při hledání podkladů pro tento článek jsem narazil na otázku, jak asi by vypadal plamen svíčky v beztížném stavu - a zda by vůbec hořela (samozřejmě za předpokladu, že by tam byl vzduch). Je třeba si uvědomit, že tvar plamene na povrchu země modeluje gravitace. Horké zplodiny hoření a okolní ohřátý vzduch jsou lehčí než "studený" vzduch v okolí a tudíž stoupají vzhůru - při tom se i sám plamen protahuje do charakteristického tvaru. Bude tedy ve stavu beztíže tvar plamene kulovitý, když na plyny žádná gravitace nepůsobí? Ukazuje se, že ano a dokumentuje to následující snímek.Tvar plamene ve stavu beztíže (vpravo) je skutečně kulový a svíčka alespoň nějakou dobu hořet bude. Zda takto vydrží hořet dlouhodobě a jak dochází k míchání plynů v okolí plamene - to nikde uvedeno nebylo.

 

 

No a na závěr přece jen nabádavě zdvihněme ukazovák nad jedním lidovým moudrem, nesčetněkrát již praxí posvěceném:

Oheň je dobrý sluha, ale zlý pán !!!


Vlk Samotář (JL )

zpět na Stránky s nádechem tajemna

Zpět k Mostu ?