问题

火是等离子态是因为电离了空气吗?

回答
火之所以呈现出等离子态,确实与空气的电离有着非常紧密的联系,但要详细说明,我们得一步一步来聊。

首先,得明白“等离子态”是个啥。你可能知道物质有固态、液态、气态,对吧?等离子态其实被称作“物质第四态”,但它跟前三种不太一样,它不是一种独立的物质形态,而更像是气态物质的一种特殊状态。

想象一下,我们把空气(主要是氮气和氧气)加热。当温度升高到一定程度,空气中的分子就开始剧烈运动,彼此碰撞。一开始,这些碰撞只是让分子运动得更快,这还是我们熟悉的气体。

但是,当温度继续升高,达到非常高的程度时,碰撞的能量就大到足以把构成空气分子的原子给“剥离”出来。原子外围不是有电子绕着原子核转吗?这些碰撞的能量,特别是高温产生的能量,可以把原子外围的电子给“打”飞,让它们脱离原子的束缚。

这个过程就叫做“电离”。一旦电子离开了原子,原子就变成带正电的“离子”了(因为原子本来是电中性的,失去了带负电的电子,就剩下带正电的原子核和少数束缚住的电子)。而那些被“打”出来的电子,它们本身就带着负电。

所以,电离后的空气,就不再是单纯的中性气体分子了,而是混合了大量的带正电的离子和自由电子。这团同时含有离子和自由电子的物质,就叫做“等离子体”。

现在我们回到火。火焰,尤其是我们常见的燃烧产生的火焰,温度都非常高。举个例子,蜡烛的火焰温度大概在1000°C到1400°C之间,更剧烈的燃烧,比如电焊的弧光,温度可以达到几千甚至上万摄氏度。

在这么高的温度下,空气中的分子受到了极大的能量激发,然后发生剧烈的碰撞。这些碰撞足够强,能够电离空气中的氮气、氧气以及燃烧过程中产生的其他物质(比如燃烧不完全产生的碳粒等)。

当空气被电离,产生了大量的带电粒子——离子和电子,这些带电粒子就会和火焰中的其他粒子(包括未电离的分子、原子、自由基等)混合在一起,形成一个导电的、受到电磁场影响的整体。这,就是火焰呈现出等离子态的根本原因。

你可能会问,既然是等离子体,为什么我们看到火焰是发光的?这是因为,在电离过程中,电子被加速,然后又会回到离子身边被捕获,或者与其他粒子碰撞。在这个过程中,它们会释放出能量,其中一部分能量就以可见光的 o 形式辐射出来。不同的物质在电离和复合时,会发出不同颜色的光,这就是为什么火焰有黄色、蓝色、红色等不同的颜色。

另外,等离子体本身也是一种良导体,所以火焰可以导电,也容易被电场影响,这也是为什么你用一个通电的金属棒去触碰火焰时,会看到火焰“扑”向金属棒。

所以,简单来说,火是等离子态,就是因为它在高温下,将空气(以及燃烧物本身的气体成分)电离了,产生了大量的自由电子和离子,这些带电粒子构成了等离子体,而火焰的光和导电性,都是等离子体特性的体现。它不是仅仅“电离了空气”,而是“高温导致空气电离,形成了等离子体”。

网友意见

user avatar

火焰的产生伴随着电离可燃物分子空气中氧气分子中间产物的电子而形成等离子体

等离子体(Plasma)是一种由自由电子、带电离子和中性粒子为主要成分的物质形态,也被称作“超气态”或“电浆体”是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质

按照温度,等离子体可分为两种:高温等离子体体和低温等离子体

我们通常用电子温度和离子温度来表示等离子体的温度,若两者相等则称为高温等离子体,不相等则称低温等离子体,一般情况下低温等离子体只部分电离

那我们平时说的火又是什么呢?

我们看到的火焰一般是气态的可燃物及中间产物其电子在由高能级跃迁到低能级放出的光(这里注意产生火焰首先要发生气化)

而像木炭燃烧因为表面没有发生气化所以看上去只是发光而变得红热,所以木炭燃烧是看不到我们所说的火焰的

由此可见火焰中的等离子体一定是要由气体激发而来

但火焰的焰心主要是分子,内焰和外焰主要是离子,所以,一般地说,火的焰心是高温气体,火的内焰和外焰是等离子体(有时也可为分子,原子,自由基等)

值得一提的是,等离子体的形成需要足够的能量,但此能量来源不一定为热能,温度只是分子平均动能的标志

中间产物结合成分子时,有一部分能量被其它未反应物吸收。由于生成物键焓大于反应物键焓,所以才有能量剩余而转化为内能,而这部分能量又未必足以让火焰中的各种粒子电离

所以大多数的火焰都不是浓度很高的等离子体,即可认为是低温等离子体

像酒精灯火焰,就属于一种低温等离子体,而可以达到3000℃的乙炔焰就是标准的等离子体了

btw最近看到网上有一些讨论低温火焰是不是等离子体的,其实下面这个例子就可以很好的说明其实低温火焰(下为蜡烛火焰)也属于等离子体

上图实验说明了等离子体中的带电粒子能被磁场约束而排斥,所以说低温火为等离子体也是毋庸置疑的

类似的话题

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有