電火花為什麼會引燃可燃物,是火花本身高溫的緣故,還是電離的緣故?

時間 2021-05-06 15:57:36

1樓:霧列星馳

電離一般是吸熱的吧…

被引燃要求該物體的內能積累直到溫度到達著火點,而且周圍存在充足的助燃劑。故而只有放熱的過程才可能成為著火的原因。

所以應該是因為電火花本身高溫熱能傳導(放熱),而非吸熱的電離。

2樓:

高溫!這裡的高溫是指可燃物的區域性達到燃點。

達到燃點的方式不重要,可以是明火,可以是暗火(高溫電烙鐵),也可以是摩擦產生的熱(鑽木取火),還可以是聚焦的光,只要可燃物的區域性高溫達到燃點即可引燃。

3樓:秦風

本文的燃燒分析只基於高中化學知識,請放心食用。

我們要先明白著火維持燃燒的條件:吸熱量不能小於放熱量。吸熱量>放熱量,內能積累,可燃物才能被成功點燃。

電火花本身會釋放能量,這些能量將轉化為熱能提供給周圍可燃物。但是周圍可燃物也會散熱。那麼能不能成功點火的問題就轉化為了吸熱量和放熱量誰大誰小的問題

這是火焰傳播的模型示意圖:

內層的已經燃燒的火焰、黑色表示被直接點燃的區域(較薄)、灰色表示環境。

那麼被點燃區域的吸熱量 與火焰溫度有什麼關係呢?

我們知道,燃燒本質上是一種化學反應。我們假設燃燒反應是乙個基元反應:

氧化劑是 ,還原劑是 ,生成 ,它們的濃度分別是: ,反應速率是 ,那麼根據質量作用定律,反應速率 為:

再根據阿倫尼烏斯公式

其中 是指前因子, 是活化能, 是摩爾氣體常數, 是火焰溫度。

我們再令還原劑 的熱值為 ,燃燒區域的體積為 ,那麼紅、黑區域單位時間的吸熱量為:

在座標上這樣表示:

而放熱量相對比較簡單,按對流換熱來處理即可:

其中 是對流換熱係數, 是換熱面積, 是火焰溫度, 是環境溫度。

那麼放熱量關於溫度的函式影象是:

那麼在下圖中的 溫度下,即便有溫度波動,吸熱量仍然大於放熱量,燃燒區能量堆積,溫度持續公升高,便可完成點火。

但是在 溫度下,雖然溫度更高,但如果有一絲的溫度波動,就會導致放熱量大於吸熱量,能量不斷丟失,溫度持續降低,從而導致熄火。

可見,要成功點火,不僅僅要保證點火提供的能量足夠(火花塞可以看作參與初始產熱的火焰),還要保證散熱量較小,這也是為什麼同樣是一支蠟燭,在有風的地方很容易熄滅,而在無風的地方卻能持續燃燒。

另外,在點火問題上有兩種非常著名的模型:

劉易斯將電火花看作乙個球形的能量源(放熱源),電火花放出的熱量用於點燃周圍一定範圍內的一層預混燃燒物。只要電火花的放熱量(最小點火能量)能大於燃燒物向環境的放熱量,點火就可以成功。

Fenn將電火花看作乙個球形燃燒區(即將電火花看作火焰),只要球形直徑大於臨界直徑,產熱大於散熱,火焰也能穩定傳播。

最後,我們從吸熱和放熱的角度來分析點火過程的話,就會發現可燃物的吸熱量主要取決於電火花的點火能量,而放熱量在一定條件下取決於電火花的尺寸,因為電火花尺寸越小,高溫氣和未燃氣的溫度梯度過大,相應地散熱量也會增大。

而電離不能直接提供能量,不構成點火的條件。

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