Καθώς κάθεστε γύρω από τη φωτιά της κατασκήνωσης, αισθάνεστε τη ζέστη της, μυρίζετε τον καπνό του ξύλου που καίγεται, την ακούτε να κροταλίζει. Αν πλησιάσετε υπερβολικά, σας καίει τα μάτια και σας τσιμπά τα ρουθούνια. Θα μπορούσατε να κοιτάζετε για πάντα τις λαμπερές φλόγες όπως συστρέφονται και τρεμοπαίζουν σε ατελείωτες μετενσαρκώσεις. Αλλά τι ακριβώς είναι αυτό που βλέπετε; Οι φλόγες προφανώς δεν είναι στερεές, ούτε και υγρές. Ανακατεύονται με τον αέρα και είναι περισσότερο σαν αέριο, αλλά πιο ορατές και πιο φευγαλέες. Και σε επιστημονικό επίπεδο, η φωτιά δεν είναι αέριο, αφού τα αέρια υπάρχουν στην ίδια κατάσταση επ' αόριστο ενώ οι φλόγες κάποια στιγμή σβήνουν.
Sitting around a campfire, you can feel its heat, smell the woody smoke, and hear it crackle. If you get too close, it burns your eyes and stings your nostrils. You could stare at the bright flames forever as they twist and flicker in endless incarnations. But what exactly are you looking at? The flames are obviously not solid, nor are they liquid. Mingling with the air, they’re more like a gas, but more visible--and more fleeting. And on a scientific level, fire differs from gas because gases can exist in the same state indefinitely while fires always burn out eventually.
Μία εσφαλμένη αντίληψη είναι ότι η φωτιά είναι πλάσμα, η τέταρτη κατάσταση της ύλης, στην οποία τα άτομα έχουν χάσει τα ηλεκτρόνιά τους. Όπως η φωτιά και αντίθετα με τις άλλες μορφές ύλης, το πλάσμα δεν υπάρχει σε ευσταθή κατάσταση στη Γη. Σχηματίζεται μόνο όταν ένα αέριο εκτίθεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο ή υπερθερμαίνεται σε θερμοκρασίες χιλιάδων ή δεκάδων χιλιάδων βαθμών. Αντίθετα, τα καύσιμα όπως το ξύλο ή το χαρτί, καίγονται σε μερικές εκατοντάδες βαθμούς, πολύ χαμηλότερα από το κατώφλι πάνω από το οποίο σχηματίζεται το πλάσμα.
One misconception is that fire is a plasma, the fourth state of matter in which atoms are stripped of their electrons. Like fire and unlike the other kinds of matter, plasmas don’t exist in a stable state on earth. They only form when gas is exposed to an electric field or superheated to temperatures of thousands or tens of thousands of degrees. By contrast, fuels like wood and paper burn at a few hundred degrees —far below the threshold of what's usually considered a plasma.
Έτσι, αν η φωτιά δεν είναι στερεό, υγρό, αέριο ή πλάσμα, τι απομένει; Στην πραγματικότητα, η φωτιά δεν είναι ύλη. Αντίθετα, είναι η αισθητήρια εμπειρία μας μιας χημικής αντίδρασης, της καύσης. Κατά κάποιον τρόπο, η φωτιά είναι σαν την αλλαγή χρώματος των φύλλων το φθινόπωρο, τη μυρωδιά των φρούτων όταν ωριμάζουν, ή το φως μιας πυγολαμπίδας. Όλα αυτά είναι αισθητήριες εμπειρίες μιας χημικής αντίδρασης σε εξέλιξη. Αυτό που κάνει τη φωτιά να διαφέρει είναι ότι ερεθίζει πολλές από τις αισθήσεις μας συγχρόνως, δημιουργώντας αυτήν την έντονη εμπειρία, που θα περιμέναμε από κάτι υλικό.
So if fire isn’t a solid, liquid, gas, or a plasma, what does that leave? It turns out fire isn’t actually matter at all. Instead, it’s our sensory experience of a chemical reaction called combustion. In a way, fire is like the leaves changing color in fall, the smell of fruit as it ripens, or a firefly’s blinking light. All of these are sensory clues that a chemical reaction is taking place. What differs about fire is that it engages a lot of our senses at the same time, creating the kind of vivid
Η καύση δημιουργεί αυτήν την αισθητήρια εμπειρία χρησιμοποιώντας καύσιμο, θερμότητα και οξυγόνο. Στη φωτιά της κατασκήνωσης, όταν τα τσαλιά θερμανθούν στη θερμοκρασία ανάφλεξής τους, τα κυτταρικά τοιχώματα αποσυντίθενται, απελευθερώνοντας σάκχαρα και άλλα μόρια στον αέρα. Αυτά τα μόρια αντιδρούν με το οξυγόνο του αέρα προς σχηματισμό διοξειδίου του άνθρακα και νερού. Συγχρόνως, το παγιδευμένο νερό στα τσαλιά εξατμίζεται, διαστέλλεται, διαρρηγνύει το ξύλο που το περιέχει και διαφεύγει με έναν τριγμό ικανοποίησης. Καθώς η φωτιά δυναμώνει, το διοξείδιο του άνθρακα και οι υδρατμοί που δημιουργήθηκαν από την καύση εκτείνονται. Τώρα που είναι λιγότερο πυκνά, ανεβαίνουν σε μια λεπτή στήλη Η βαρύτητα προκαλεί αυτήν την έκταση και άνοδο, που δίνει στις φλόγες τη χαρακτηριστική τους λέπτυνση. Χωρίς τη βαρύτητα, τα μόρια δεν διαχωρίζονται από την πυκνότητα και οι φλόγες έχουν ένα εντελώς διαφορετικό σχήμα.
experience we expect to come from a physical thing. Combustion creates that sensory experience using fuel, heat, and oxygen. In a campfire, when the logs are heated to their ignition temperature, the walls of their cells decompose, releasing sugars and other molecules into the air. These molecules then react with airborne oxygen to create carbon dioxide and water. At the same time, any trapped water in the logs vaporizes, expands, ruptures the wood around it, and escapes with a satisfying crackle. As the fire heats up, the carbon dioxide and water vapor created by combustion expand. Now that they’re less dense, they rise in a thinning column. Gravity causes this expansion and rising, which gives flames their characteristic taper. Without gravity, molecules don’t separate by density and the flames have a totally different shape.
Όλα αυτά τα βλέπουμε διότι η καύση επίσης παράγει φως. Τα μόρια εκπέμπουν φως όταν θερμαίνονται και το χρώμα του φωτός εξαρτάται από τη θερμοκρασία των μορίων. Οι πιο θερμές φλόγες είναι λευκές ή μπλε. Το είδος των μορίων στη φωτιά μπορεί επίσης να επηρεάσει το χρώμα της. Για παράδειγμα, τα άτομα άνθρακα στα τσαλιά που δεν αντέδρασαν σχηματίζουν μικρές συστάδες αιθάλης που ανεβαίνουν στις φλόγες και εκπέμπουν το κιτρινοπορτοκαλί φως που έχουμε συσχετίσει με τη φωτιά της κατασκήνωσης. Ουσίες όπως ο χαλκός, το χλωριούχο ασβέστιο, και το χλωριούχο κάλιο προσθέτουν τις δικές τους χαρακτηριστικές αποχρώσεις στο μείγμα.
We can see all of this because combustion also generates light. Molecules emit light when heated, and the color of the light depends on the temperature of the molecules. The hottest flames are white or blue. The type of molecules in a fire can also influence flame color. For instance, any unreacted carbon atoms from the logs form little clumps of soot that rise into the flames and emit the yellow-orange light we associate with a campfire. Substances like copper, calcium chloride, and potassium chloride can add their own characteristic hues to the mix.
Εκτός από τις χρωματιστές φλόγες, η φωτιά, όσο καίει, συνεχίζει να παράγει θερμότητα. Αυτή η θερμότητα συντηρεί τις φλόγες, διατηρώντας τη θερμοκρασία του καυσίμου σε επίπεδο μεγαλύτερο ή ίσο της θερμοκρασίας ανάφλεξης. Τελικά όμως, ακόμα και οι πιο δυνατές φωτιές στερεύουν από καύσιμο ή οξυγόνο. Τότε, αυτές οι συστρεφόμενες φλόγες βγάζουν έναν ύστατο συριγμό και εξαφανίζονται με ένα συννεφάκι καπνού σαν να μη βρίσκονταν ποτέ εκεί.
Besides colorful flames, fire also continues to generate heat as it burns. This heat sustains the flames by keeping the fuel at or above ignition temperature. Eventually, though, even the hottest fires run out of fuel or oxygen. Then, those twisting flames give a final hiss and disappear with a wisp of smoke as if they were never there at all.