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.
دور آتش که بنشینید، میتوانید حرارت آن را احساس کنید، و بوی دود چوب و صدای ترق و تروق آن را بشنوید. اگر خیلی نزدیک شوید، چشمان و سوراخهای بینیتان را میسوزاند. میتوانید برای همیشه به شعلههای درخشان خیره شوید که در تجسمی ابدی پیچ میخورند و سوسو میزنند. اما دقیقا به چه نگاه میکنید؟ شعلهها به وضوح جامد نیستند، مایع هم نیستند. بیشتر شبیه گاز هستند چون با هوا درمیآمیزند، اما بیش از آن دیده میشوند -- و زودگذرتر هستند. و از نظر علمی، آتش با گاز متفاوت است زیرا گازها به طور نامحدود در یک حالت باقی میمانند در حالی که آتش در نهایت میسوزد و خاموش میشود.
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.
یک تصور غلط این است که آتش از جنس پلاسما است، چهارمین حالت ماده که در آن اتمها از الکترونهایشان عاری میشوند. مثل آتش و متفاوت از سایر حالتهای ماده، پلاسماها روی زمین در شرایط پایدار وجود ندارند. آنها تنها در صورتی شکل میگیرند که گاز در معرض یک میدان الکتریکی قرار بگیرد یا تا دمای هزاران یا دهها هزار درجه داغ شود. در مقابل، سوختهایی مانند چوب و کاغذ در دمای چند صد درجه میسوزند -- خیلی کمتر از حدی که معمولا برای پلاسما در نظر گرفته میشود.
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 experience we expect to come from a physical thing.
پس اگر آتش جامد، مایع، گاز، و یا پلاسما نیست، چه گزینه دیگری باقی میماند؟ از قضا آتش اصلاً ماده نیست. در عوض، تجربه حسی ما از یک واکنش شیمیایی است به نام احتراق. از جهتی، آتش شبیه تغییر رنگ برگها در پاییز است، یا بوی میوهها وقتی که میرسند، یا نور چشمکزن یک کرم شبتاب. تمام اینها نشانههای حسی هستند که نشان میدهند یک واکنش شیمیایی در حال رخ دادن است. نکته متفاوت این است که آتش همزمان بخش زیادی از حواس ما را درگیر میکند، و تجربه واضحی را شکل میدهد
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.
که توقع داریم از یک چیز فیزیکی حاصل شود. احتراق آن تجربه حسی را با استفاده از سوخت، حرارت، و اکسیژن به وجود میآورد. در یک آتش، وقتی کندهها تا نقطه اشتعال خود گرم میشوند، دیواره سلولهایشان متلاشی میشود، و شکرها و سایر مولکولها در هوا رها میشوند. سپس این مولکولها با اکسیژن هوا واکنش میدهند و دیاکسید کربن و آب میسازند. در همین زمان، آبی که در کنده گیرافتاده بخار شده، منبسط میشود و باعث گسیختگی چوب اطرافش میشود، و با صدای ترکی خوشایند فرار میکند. آتش که گرم میشود، دیاکسید کربن و بخار آب که به خاطر احتراق تولید شدهاند پخش میشوند. حالا چگالی کمتری دارند، پس در ستونی رقیق شونده بالا میروند. گرانش دلیل این انبساط و بالا رفتن است، که ویژگی مخروطی شکل بودنشان را به شعلهها میدهد. بدون گرانش، مولکولها
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.
بر اساس چگالی جدا نمیشوند و شعلهها شکلی کاملا متفاوت خواهند داشت. همه اینها را میتوانیم ببینیم زیرا احتراق نور هم تولید میکند. وقتی مولکولها حرارت ببینند نور ساطع میکنند، و رنگ نور به دمای مولکولها بستگی دارد. داغترین شعلهها سفید یا آبی هستند. نوع مولکولهای موجود در یک آتش هم میتوانند روی رنگ شعله اثر بگذارند. برای مثال، هر اتم کربن واکنش ندادهای در کندهها تکههای کوچک دوده را تشکیل میدهند که اوج میگیرد و در شعله آن رنگ زرد-نارنجی را به وجود میآورد که آتش اردو را با آن میشناسیم. موادی مانند مس، کلسیم کلرید، و پتاسیم کلرید میتوانند
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.
رنگ ویژه خود را به ترکیب اضافه کنند. در کنار شعلههای رنگارنگ، آتش همچنین به تولید حرارت هنگام سوختن ادامه میدهد. این حرارت با نگهداشتن سوخت در درجه احتراق یا بالای آن باعث پایداری شعلهها میشود. اما در نهایت، حتی داغترین آتشها هم سوخت یا اکسیژنشان تمام میشود. آن موقع، آن شعلههایی که در هم میپیچیدند در پایان یک هیس میکنند و با دود اندکی ناپدید میشوند