När du tänker på en typisk kontrollerad eld, till exempel en lägereld eller brasa, rör många av adjektiven som du tänker på förmodligen värme och temperatur: Varm. Rytande. Rostning. Å andra sidan kan du ha ett antal synintryck också: Mousserande. Skimrande. Dans.
Precis som färger förekommer i en mängd olika nyanser, intensiteter och på fysiska medier som målning och kläder, kan de presenterar också samma uppenbara utbud av visuella ”smaker” när mediet är vad du känner som eld. Detta är vettigt, eftersom eld är bara . . . riktigt varmt ljus. Eller är det?
Som det händer, korrelerar färgerna du ser i eld med temperatur i eld, så att du kan förvänta dig att se vissa färger oftare i hetare lågor och andra när saker precis håller på att lagas eller dör ut. Men situationen är mer komplicerad än så eftersom exakt vad som brinner i en given eld också påverkar visningen av färger i den flammande mixen.
Hur produceras de synliga färgerna?Det du ser som ljus är egentligen elektromagnetisk strålning (EM), synligt ljus är en av ett antal typer av EM och upptar bara en liten del av hela EM-spektrumet. EM-vågor kännetecknas av en våglängd, avståndet mellan motsvarande punkter längs en grafisk EM-våg och en frekvens, antalet våglängder per sekund som passerar en fast punkt.
Produkten av våglängd (λ) och frekvensen (ν) för en EM-våg är alltid ljusets hastighet c (3× 10 8 m/s) oavsett EM-vågtyp.
Räckvidden av våglängder under cirka 440 nanometer ( 4,4 × 107m) inkluderar radiovågor i den nedre delen, sedan mikrovågor. Över cirka 7 × 107
m, röntgenstrålar och gammastrålar uppträder; dessa har höga frekvenser och är förknippade med högre energi som resultat. Detta har konsekvenser för färgerna som ses glöda i lågor.
Själva spektrumet av synligt ljus (4,4 × 107 till 7 × 107 m) inkluderar strålning som uppfattas av det mänskliga ögat som, i ordning, röd, orange, gul, grön, blå, indigo och violett (den berömda ”Roy G. Biv” av elementär -skolans naturKunskaper.seliga klasser). Som du kommer att se övergår denna order till eld, om än med ofullständig trohet.
Vad är värme i fysik?
Anledningen till att de flesta bränder du sannolikt kommer att se på jorden brinna är att någon form av material förbränns, och detta kräver närvaro av syrgas (O2). Olika faktorer kan påverka hur het lågan brinner, inklusive materialets beskaffenhet (naturligtvis brinner bensin väldigt bra; vatten, inte så mycket) och om den ”tankas” med mer material och syre när elden växer.
Värme har energienheter och kan uppfattas som en kvantitet som rör sig från områden med högre densitet till områden med lägre densitet, som med enkel diffusion av molekyler. Ljus och värme är båda (i allmänhet önskvärda!) produkter av bränder, och som nämnts ovan är ljusvågor associerade med energi i proportion till deras frekvens. Dessa snabbare svängningar resulterar i en större frigöring av värme, och detta är i sin tur förknippat med högre temperaturer inom och nära lågan.
Typer av lågor
Många material ger karakteristiska färger när de bränns. Till exempel, grundämnet natrium, som kombineras med klor för att bilda vanligt salt (NaCl), ger en ljus orange färg vid förbränning. Natrium finns i de flesta träslag, så det skulle vara ovanligt att montera en eld från vanliga grenar och pinnar och låta den inte ha åtminstone någon orange eller mörkgul färg.
Den blått som ofta ses i vedlågor kommer från grundämnena kol och väte, som avger ljus i den övre änden av det synliga ljusspektrumet och därmed skapar blå och violetta nyanser . Metallen koppar är känd för att bli grön om den utsätts för luften tillräckligt länge; kopparföreningar skapar gröna eller blå färger när de bränns. Metalllitiumet, för att effektivt runda ut hela regnbågens spektrum inom denna ena sektion, brinner rött.
I mitten av en mycket varm eld kan du se ett dovt orange sken eller till och med konstigt mörkt utrymme. Detta är känt som svartkroppsstrålning, och är karakteristiskt för mycket höga temperaturer (det är till exempel en egenskap hos stjärnor). Metaller som kan värma upp ännu mer går igenom andra färger av denna typ av strålning (det vill säga mot den violetta änden av det synliga spektrumet).
Vad är eldtemperaturen?
Nu lagar du mat! Så innan du tar en titt på vilka färger du kan förvänta dig av bränder som brinner vid en given temperatur, är det bra att känna till temperaturintervallet som produceras i de typer av bränder du är benägen att stöta på och söka efter färger. Det här är trots allt inte information som de flesta människor har i huvudet eller någonstans praktiskt på sina smartphones.
Lågan hos ett typiskt ljus har en yttre kärna som brinner vid nära 1 400 °C (cirka 2 500 °F) medan lågans kärna brinner vid 800 °C (1 450 °F). Det här är extraordinära temperaturer för en så liten låga! Väggarna i en hushållsugn kan under tiden nå temperaturer på cirka 500 °C (900 °F); det betyder att baknings- eller stektemperaturen bara når ungefär hälften av den i metallen i väggarna.
Om du har en öppen spis i ditt hem som du gärna vill värma händerna över på diskret avstånd, lågorna som ger värmen dånar bort vid cirka 600 °C (1 100 °F). En brasa eldad med träkol och ved kan bli upp till 1 100 °C (2 000 °F), liksom en bunsenbrännare i laboratoriet. Naturligtvis gör solens inre temperatur på 2 000 000 °C (3 600 000 °F) att alla dessa värden verkar ganska triviala.
Är temperatur och flamfärg direkt relaterade?
Som du har lärt dig påverkar både typen av material som bränns i en brand och temperaturen på en brand de färger du ser produceras. Dessutom, som exemplet med de två vitt skilda ljustemperaturerna illustrerar, är det nästan säkert att varje brand har ett temperaturintervall inom sig (förklarar en stor del av färgvariationen som ibland observeras).
När något värms upp övergår det först till gas (något du vanligtvis inte kan observera). Dessa gasmolekyler reagerar sedan med syret om de i själva verket är brännbara molekyler. Det skulle vara typiskt att se en eld som består av ett enhetligt material och som värms upp på ett kontrollerat sätt visa rödaktiga, sedan orange och slutligen ljusgula lågor, vilket visar ökande energi och värme som frigörs.
Om du tänder och noggrant studerar ett ljus, kommer du antagligen att notera att en stor del av den yttre kärnan är blå, något som vanligtvis inte syns särskilt mycket i t.ex. eldstäder. Med tanke på skillnaderna i temperaturer för dessa bränder är detta inte alls förvånande.
Flamfärgtemperaturdiagram
Medan källorna varierar något, det är möjligt att konstruera ett tillräckligt tillförlitligt diagram som visar förhållandet mellan flamtemperatur och flamfärg över det synliga ljusspektrumet.
- Mörkt röd (första synliga glöd): 500 till 600 °C (900) till 1 100°F)
- Matt röd: 600 till 800 °C (1 100 till 1 650
- °F) Ljust körsbärsröd: 800 till 1 000 °C (1 650 till 1 800
- °F) Orange: 1 000 till 1 200 °C (1 800 till 2 100
- °F) Ljusgul : 1 200 till 1 400 °C (2 100 till 2 500
- °F) Vit: 1 400 till 1 600 °C (2 500 till 2 900°F) Temperaturer som är tillräckligt höga för att producera blå lågor är ovanliga vid lägereldar, varför de oftare ses när metaller används, som vid svetsning.
