Activitate cu flăcări de lumânări de la NASA
Flăcări în spațiu
Activitate: Efectele gravitației asupra arderii unei lumânări
De la NASA
Microgravitația: un ghid al profesorului cu activități, nivel secundar, activitatea 7, p. 35-37.
Divizia Științe și aplicații a microgravitației: Biroul de știință și aplicații spațiale
Divizia Educație: Biroul Resurse Umane și Educație
Administratia Natională a Aeronauticii si Spatiului
Publicația EP-280, iulie 1992
Obiectiv:
Pentru a ilustra efectele gravitației asupra ratei de ardere a lumânărilor
Fundal:
O flacără de lumânare este adesea utilizată pentru a ilustra procesele fizico-chimice complicate ale arderii. Suprafața flăcării reprezintă locul în care se amestecă vapori de combustibil și oxigen la temperaturi ridicate și cu eliberare de căldură. Căldura din flacără topește ceara (de obicei la hidrocarbura C20 la C35) la baza fitilului expus. Ceara lichidă se ridică prin acțiune capilară în sus pe fitil, aducând-o în apropierea flăcării fierbinți. Această apropiere determină vaporizarea ceară lichidă. Apoi, vaporii de ceară migrează spre suprafața flăcării, descompunându-se în hidrocarburi mai mici pe traseu. Oxigenul din atmosfera din jur migrează spre suprafața flăcării prin difuzie și convecție. Supraviețuirea și localizarea suprafeței flăcării sunt determinate de echilibrul acestor procese.
În greutate normală, se dezvoltă convecția condusă de flotabilitate datorită produselor de ardere fierbinți, mai puțin dense. Această acțiune are mai multe efecte: (a) produsele de reacție fierbinți sunt transportate din cauza flotabilității lor și oxigenul proaspăt este transportat către zona flăcării; (b) particule solide de funingine se formează în regiunea dintre flacără și fitil și sunt convectate în sus, unde se ard, producând vârful galben aprins al flăcării; (c) pentru a depăși pierderea de căldură datorată flotabilității, flacăra se ancorează aproape de fitil; (d) combinația acestor efecte face ca flacăra să aibă forma unei picături de lacrimă.
În absența convecției conduse de flotabilitate, ca și în microgravitație, alimentarea cu oxigen și vapori de combustibil a flăcării este controlată de procesul mult mai lent de difuzie moleculară. Acolo unde nu există „sus” sau „jos”, flacăra tinde spre sfericitate. Căldura pierdută în partea superioară a lumânării determină stingerea bazei flăcării și se vede doar o porțiune a sferei. Cantitatea redusă de oxigen și combustibil determină scăderea temperaturii flăcării până la formarea puțină sau deloc funingine. De asemenea, determină ancorarea flăcării departe de fitil, astfel încât rata de ardere (cantitatea de ceară consumată pe unitate de timp) este redusă.