火是如何形成的?它會是氣體嗎?它和地球重力有關係嗎?

當你坐在篝火旁,你會感受到它的熱度,聞到木頭冒煙的味道,還能聽到它劈啪作響,當你離它越近的時候,它的溫度可能會將你燙傷,當你目不轉睛地盯著它看的時候,它會閃爍搖曳,不斷變換身姿。那麼對於你來說,你眼前看到的火焰是固體呢?是液體呢?還是氣體呢?

火是如何形成的?它會是氣體嗎?它和地球重力有關係嗎?

當火焰與空氣混合之後,它們變得更像是一種氣體。從科學的角度來說,火不同於氣體,因為氣體能以一種恆定的狀態存在,而火最終總會熄滅。有一種錯誤認識,認為火是一種等離子體,它是由原子被剝奪電子後產生的第四種物質形態。然而等離子體的形態確實與一般物質的形態不同,它們不是以一種穩定的狀態存在於地球上,它們只會在被加熱到上千或上萬度時才能產生,相比之下,類似木柴和紙張之類的燃料在幾百度條件下就可以燃燒的溫度而言,則是要遠低於通常認為的等離子體存在的臨界溫度。

火是如何形成的?它會是氣體嗎?它和地球重力有關係嗎?

如果火不是固體、液體、氣體,也不是等離子體,那它到底是什麼呢?事實上,火都稱不上是一種物質。相反,它是我們對一種名為燃燒的化學反應所產生的感官體驗。某種程度上,火就像葉子在秋天的顏色變化、果實成熟時散發的氣息,或是螢火蟲發出的亮光。這些都是感官上的提示,表明一種化學反應正在發生。

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火的不同之處在於它同時調動人體的多項感官,創造出一種我們希望從實體中獲得的生動的體驗。燃燒能創造這樣的感官體驗,只需要燃料、溫度、氧氣。當篝火中的木材被加熱到燃點,其內部的細胞壁分解開來,向空氣中釋放糖類和其他分子。這些分子隨後與空氣中的氧氣反應,生成二氧化碳和水。同時,被困在木材中的水分蒸發、擴散、撐破周圍的木質,最終伴隨著噼啪聲得以逃脫。隨著火焰溫度升高,燃燒所產生的二氧化碳和水開始擴散。

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重力導致了這種擴散和上升,形成了特有的錐形火焰。如果沒有重力,分子就不會因密度不同而分離,火焰也會是全然不同的形狀。我們能觀察到這些,是因為燃燒也會產生光。分子被加熱時會發光,而光的顏色取決於分子的溫度。溫度最高的火焰是白色或藍色的。火中分子的種類也會影響火焰顏色。例如,木料中未發生反應的碳原子會生成小簇煤煙,從火焰中躥升,發出我們在篝火中常看到的橙黃色光芒。而像銅、氯化鈣、氯化鉀一類的化學物質,能把它們特有的顏色混合進去。

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除了多彩的火焰,火還會在燃燒中持續產生熱量。這種熱量能將燃料溫度保持在燃點以上,從而維持火焰不滅。然而,即使是溫度最高的烈火,最終也會耗盡燃料或者氧氣。接著,這些搖曳的火焰發出最後的噝噝聲,消失在一縷輕煙中,彷彿它們從沒來過一樣。


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