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.
Wanneer je bij een kampvuur zit, voel je de hitte, ruik je de houtige rook en hoor je het geknetter. Als je te dicht komt, branden je ogen en prikt je neus. Je zou voor eeuwig naar de felle vlammen kunnen staren terwijl ze dansen en flikkeren in eindeloze incarnaties. Maar waar kijk je precies naar? De vlammen zijn duidelijk niet vast, noch zijn ze vloeibaar. Gemengd met de lucht, zijn ze eerder een gas, maar zichtbaarder -- en vluchtiger. Wetenschappelijk gezien verschilt vuur van gas, omdat gassen voor een onbepaalde tijd in dezelfde staat kunnen blijven, terwijl vuur uiteindelijk altijd uitbrandt.
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.
Een misvatting is dat vuur een plasma is, de vierde aggregatietoestand, waarin atomen hun elektronen kwijtraken. Zoals vuur en in tegenstelling tot andere soorten materie, bestaan plasma's niet in een stabiele toestand op aarde. Ze ontstaan alleen wanneer gas blootgesteld wordt aan een elektrisch veld of opgewarmd wordt tot duizenden of tienduizenden graden. Ter vergelijking: brandstoffen zoals hout en papier ontbranden bij een paar honderd graden -- ver onder de drempel van wat doorgaans als plasma beschouwd wordt.
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.
Als vuur geen vaste stof, vloeistof, gas of een plasma is, wat is het dan wel? Blijkbaar is vuur helemaal geen materie. Het is onze zintuiglijke ervaring van de chemische reactie 'verbranding'. Vuur is een beetje zoals de blaadjes die van kleur veranderen in de herfst, de geur van fruit wanneer het rijpt, of het blinkende licht van een vuurvlieg. Dit zijn allemaal zintuiglijke hints dat er een chemische reactie plaatsvindt. Vuur is anders, omdat het veel zintuigen tegelijk betrekt, wat het soort levendige ervaring creëert die we verwachten van een fysiek iets.
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.
Verbranding creëert die zintuiglijke ervaring met brandstof, hitte en zuurstof. Wanneer de blokken in een kampvuur hun ontbrandingstemperatuur bereiken, ontbinden de muren van hun cellen, waardoor suikers en andere moleculen vrijkomen in de lucht. Deze moleculen reageren dan met de zuurstof in de lucht, waardoor koolzuurgas en water ontstaan. Op hetzelfde moment zal al het water dat gevangen zit in de houtblokken, verdampen, uitzetten, het hout rondom openbreken en ontsnappen met een bevredigend geknetter. Terwijl het vuur opwarmt, zetten het koolzuurgas en de waterdamp die door de verbranding ontstonden uit. Nu ze minder compact zijn, kringelen ze omhoog in een uitdunnende sliert. De zwaartekracht veroorzaakt dit uitzetten en stijgen dat vlammen hun kenmerkende spitse vorm geeft. Zonder zwaartekracht verdelen de moleculen niet op dichtheid en hebben de vlammen een volledig andere vorm.
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.
Wij kunnen dit zien omdat verbranding ook licht genereert. Moleculen stralen licht uit wanneer ze opwarmen en de kleur van het licht hangt af van de temperatuur van de moleculen. De heetste vlammen zijn wit of blauw. Het soort moleculen in een vuur kan ook de kleur van de vlam beïnvloeden. Bijvoorbeeld: reactieve koolstofatomen van de houtblokken vormen kleine clusters roet die in de vlammen opstijgen en het geel-oranje licht uitstralen dat we associëren met een kampvuur. Substanties zoals koper, calciumchloride en kaliumchloride kunnen hun eigen karakteristieke tinten toevoegen aan de mix. Naast kleurrijke vlammen,
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.
blijft vuur ook hitte genereren terwijl het brandt. Deze hitte handhaaft de vlammen door de brandstof op of boven de ontstekingstemperatuur te houden. Maar uiteindelijk komen zelfs de heetste vuren zonder brandstof of zuurstof te zitten. Dan geven de dansende vlammen een laatste sis en verdwijnen ze met een krul rook alsof ze daar nooit geweest zijn.