Первоначально ученые считали, что все горючие материалы содержат особое вещество — «флогистон», которое и является причиной процесса горения. Однако в XVIII веке химики обнаружили, что никакого загадочного элемента не существует, а причиной горения огня является кислород. Экспериментально было показано, что пламя является следствием взаимодействия горючего вещества с окислителем.
Прежде чем перейти к рассмотрению температуры горения, необходимо ознакомиться с физикой процесса горения и изучить фазы этого процесса.
Описание процесса горения
Горение — это химическая реакция, в ходе которой большие молекулы распадаются на более мелкие и быстрые за счет перестройки связей между атомами. В результате реакции выделяется энергия в виде тепла и света. Пламя — это видимый процесс горения воздуха. Огонь возникает в результате окислительно-восстановительной реакции. Для протекания этой реакции необходимы 3 основных компонента:
- Топливо: твердое, жидкое, газообразное (древесина, уголь, нефть, газ и др.);
- горючий компонент: кислород;
- Активатор: триггер, запускающий процесс, например, искра, солнце, спички и т.д.
Фазы горения древесины
Древесина не воспламеняется сама по себе, она должна пройти несколько стадий, прежде чем вступить в процесс горения.
Нагревание древесины
Прежде чем древесина загорится, она должна быть нагрета каким-либо источником тепла и достичь температуры горения. Как только температурный порог очага превышает 150 °C, начинается процесс испарения влаги из древесины и постепенное обугливание. На самом деле так называемая сухая древесина всегда содержит от 15 до 20% влаги.
Как только температура достигает 300 °C, поверхность древесины начинает гореть и выделять белый дым. Дым представляет собой смесь паров испарившейся влаги, а также компонентов термического разложения.
В этой фазе процесс горения еще не начался, поэтому если прекратить нагрев, то горения не произойдет.
Возгорание
Воспламенение продуктов сгорания
Во второй фазе выделение газообразных компонентов начинает интенсифицироваться. При достижении критической массы пиролизных газов происходит вспышка и начинается воспламенение. На поверхности древесины появляется ярко-желтое пламя, происходит резкий скачок температуры.
Чтобы достичь этой стадии, пиролизные газы необходимо нагреть до температуры 200-300 °C. Только при этой температуре может начаться воспламенение пиролизного газа.
Воспламенение пиролизного газа
Воспламенение древесины
После воспламенения газа воспламеняется и древесина. При достижении температуры 450-650 °C (с помощью внешнего источника тепла) начинает гореть не только поверхность, но и внутренняя часть полена.
На скорость воспламенения также могут влиять следующие факторы:
- Плотность древесины — мелкая, пористая древесина горит быстрее, чем плотная;
- Форма древесины — цельные поленья горят хуже, чем поленья с пазами и зазубринами;
- Влажность — влажные дрова воспламеняются гораздо дольше, поскольку влаге требуется время для испарения;
- Кислород: для поддержания пламени необходим достаточный приток кислорода.
Воспламенение дров
Горение дров
При соблюдении всех необходимых условий пламя охватывает всю поверхность древесины и не горит. Это означает, что возгорание перешло в стадию горения. Эта стадия состоит из двух фаз: пламенного горения и медленного горения.
- Горение твердого пламени при сгорании пиролизного газа.
- Медленное горение характеризуется постепенным сгоранием древесного угля, при котором пиролизный газ выделяется настолько медленно, что не успевает воспламениться из-за своей низкой концентрации. По мере горения древесины кислород способствует распространению реакции на остатки топлива.
Пока в зоне горения есть достаточное количество кислорода, топлива и необходимая концентрация температур, эта стадия будет продолжаться.
Горение древесины в открытом костре
Именно на стадии горения наблюдаются самые высокие температуры пламени.
Тушение древесины
Как только поддержка одного из перечисленных условий прекращается, процесс переходит в свою завершающую фазу — фазу ослабления.
Затухание огня
Температура горения различных видов дров
Различные виды дров горят по-разному. Одни почти ничего не оставляют, только горстку пепла, другие оставляют много угля и золы. Обычно температура горения дров составляет 200-300 °C.
Древесные породы в зависимости от плотности делятся на два основных семейства:
- Лиственные породы (дуб, бук, ясень, каштан, граб, грецкий орех, плодовые деревья и др.).д.);
- Мягкие лиственные породы (тополь, ива, ольха, береза и т.д.) горят по-разному.) являются наиболее распространенными.д.) и хвойные породы (ель, пихта, сосна, лиственница, ель и т.д.).); мягкие лиственные породы и мягкие хвойные породы (ель, пихта, сосна, лиственница, пихта и др.); мягкие лиственные породы и мягкие хвойные породы (ель, пихта, сосна, лиственница, ель и др.).).);
Быстрее горят мягкие лиственные и хвойные породы деревьев. Однако при неправильном хранении они быстро разлагаются. Однако ценятся они за высокую температуру горения, что повышает КПД кухонных плит и каминов и позволяет быстро повысить температуру в доме.
Лиственные породы горят дольше, и температура, выделяемая при их сгорании, выше. Дрова из этих деревьев используются как в промышленности, так и для отопления домашних печей и каминов.
Березовая древесина Дубовые дрова
Особенности горения различных видов дров заключаются в следующем:
- Ель и сосна имеют схожую температуру горения 620-630°C, а пихта — 750°C, однако эти породы могут воспламенять смолу.
- Лиственница дает более высокую температуру — 860°C, но при этом воспламеняет смолу.
- Для каминов часто используется береза, так как она имеет хорошую температуру горения 815°C, а также дает хороший аромат. Сгорает относительно быстро.
- Бук считается идеальным видом дров, поскольку температура его горения составляет 1040°C, угли горят практически без искр, кроме того, они обладают высокой теплопроводностью. Энергетическая/тепловая способность древесины бука часто приводится в качестве эталона при сравнении с другими породами. Его запах часто высоко ценится, поэтому копченые продукты в основном коптят в буковой древесине.
- Дуб имеет множество применений, особенно в виде углей. Теплотворная способность почти такая же, как у бука, — 850-900 °C. Однако дуб оставляет много золы, поэтому он подходит для кухонных плит, но не для открытых каминов.
- Максимальная температура горения ясеня, как и бука, составляет 1040 °C. Это идеальные дрова для каминов, так как угли практически не дают искр.
- Граб также обладает очень высокой теплотворной способностью — 1020 °C. Он дает приятное пламя и горит долго.
- Тополь, ольха и осина выделяют не так много тепла — около 470-600 °C, но очень часто используются в качестве дров.
- Акация — этот вид древесины горит медленно и имеет среднюю теплоемкость (700 °C). Такая древесина быстро сохнет и при горении издает приятный потрескивающий звук.
Цвет огня в зависимости от температуры
В зависимости от цвета пламени можно определить примерную температуру костра. Хорошим примером может служить обычный костер. У самого основания древесины, где происходит наиболее активная реакция — цвет огня белый, или ярко-желтый. Чуть выше начинается оранжевый цвет — признак того, что температура там ниже. В верхней части пламени цвет огня ярко-красный. Дальнейшей реакции не происходит, виден только дым. Проще говоря, огонь имеет свой температурный диапазон, и каждый цветовой диапазон говорит о том, на сколько градусов нагрета та или иная часть костра:
- слегка заметный красный — 500°C;
- темно-вишневый — 800°C;
- ярко-вишневый -1000°C;
- оранжево-красный — 1100°C;
- ярко-оранжевый — 1200°C
- беловато-желтый — 1300°C;
- белая — 1400°C;
- ярко-белый — 1500°C.
Температура горения дров
Факторы, влияющие на температуру горения дров
На температуру горения могут влиять несколько факторов: влажность и поверхность контакта. Понимая степень влияния того или иного фактора, можно путем несложных манипуляций с дровами добиться наиболее высокой температуры пламени.
Влажность древесины
Вся свежая древесина содержит определенное количество влаги. Это могут быть: сок дерева, смола и вода в стволе, поглощаемая корнями. Важно также, чтобы вода оставалась в коре дерева, особенно после недавних дождей. Как правило, свежесрубленная древесина содержит от 40% до 50% влаги, а некоторые сорта могут доходить до 65% (тропические, прибрежные, болотные и влаголюбивые деревья). Поэтому при заготовке дров, а также в деревообрабатывающем и мебельном производстве древесина проходит длительный процесс сушки, который может длиться несколько лет. Однако и это не избавляет древесину от влаги полностью, в ней остается около 15-20% воды, поэтому перед горением можно наблюдать белый пар, испаряющийся из древесины.
Если костер разводится на свежих дровах, то температура горения будет ниже. Это связано с тем, что примерно 50% выделяемого тепла будет расходоваться на испарение влаги. При горении обычно раздаются громкие хлопающие и звенящие звуки: это звук испаряющейся внутри древесины воды. Следует иметь в виду, что для разведения костра на природе или в холодную погоду потребуется в два раза больше дров, поскольку влажная древесина дольше разгорается и выделяет меньше тепла, чем сухая. Чтобы разжечь костер, нужно специально искать сухие дрова.
Для измерения влажности древесины используются специальные влагомеры.
Определение содержания влаги в дровах
Контактная поверхность
Размер дров может стать препятствием при разжигании костра. Чем больше размер полена, тем выше требования к сушке и нагреву. По этой причине большие поленья разгораются дольше и горят не так ярко.
Чтобы избежать этого, дрова необходимо разрезать на небольшие куски. Это дает ряд преимуществ:
- Влага будет испаряться быстрее
- При этом увеличится приток воздуха к очагам горения
- Будет образовываться больше пиролизного газа
- Повышают общую температуру внутри костра.
Именно поэтому важно резать влажные дрова на мелкие кусочки. Это означает, что огонь разгорается быстрее и пламя горит интенсивнее.
Мелко нарезанные дрова
Как измерить температуру костра
Измерить температуру огня без специальных приборов невозможно, бытовые приборы для этой цели не подходят. Для этого необходимо использовать профессиональный пирометр.
Этот прибор работает бесконтактно. Достаточно просто направить его на открытый огонь, и прибор по инфракрасному излучению определит приблизительную температуру костра. Измерение можно производить с любого расстояния, но при этом прибор должен видеть измеряемый объект, а воздух должен быть прозрачным (t.е. без дыма).
Обычно пирометр показывает температуру обычного костра или дымохода в диапазоне от 750 до 1200 градусов Цельсия.
Как измерить температуру костра
Как измерить температуру углей в угольном гриле
Температуру углей мангала можно определить с некоторой точностью без использования специальных приборов. Просто поместите руку на расстоянии около 10 см над мангалом.
Количество секунд, которое он будет держать — будет равно приблизительной температуре углей:
- 1 сек — 350 °C и выше
- 2 сек. — около 300 °C
- 3 секунды. — около 250 °C
- 4 секунды. — 220 °C
- 5 сек. — ниже 200 °C
Температура древесного угля в мангале
