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.
Siedząc wokół ogniska, czujemy jego ciepło, zapach palonego drewna, słyszymy jak trzeszczy. Jeśli usiądzie się zbyt blisko, podrażnia oczy i drapie w nosie. Można patrzeć bez końca na jasne płomienie, jak wiją się i migoczą na miliony sposobów. Ale na co tak właściwie patrzymy? Płomienie oczywiście nie są ciałem stałym, ani cieczą. Mieszając się z powietrzem, przypominają bardziej gaz, tylko bardziej widoczny, a jednocześnie ulotny. Pod względem naukowym, ogień różni się od gazu, bo gazy potrafią utrzymać się w stanie lotnym w nieskończoność, a ogień zawsze kiedyś się wypali i zniknie.
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.
Powszechnym błędem jest uważanie ognia za plazmę, czwarty stan skupienia, w którym atomy są pozbawione elektronów. Podobnie jak ogień i odmiennie od innych stanów skupienia, plazma nie istnieje w stanie stabilnym na Ziemi. Powstaje jedynie, gdy gaz znajdzie się w polu elektrycznym lub zostanie podgrzany do temperatury rzędu tysięcy lub dziesiątek tysięcy stopni. Dla kontrastu, materiały takie jak drewno czy papier płoną w kilkuset stopniach, sporo poniżej progu, którego wymaga powstanie plazmy.
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.
Skoro ogień nie jest ciałem stałym, cieczą, ani gazem, ani nawet plazmą, to czym jest? Okazuje się, że ogień wcale nie jest materią. To tylko nasze zmysłowe doświadczenie reakcji chemicznej zwanej spalaniem. Można powiedzieć, że ogień jest jak żółknące liście na jesień, zapach dojrzewającego owocu, czy mrugający blask świetlika. Wszystkie one są zmysłowymi objawami zachodzących reakcji chemicznych. Ogień różni się tym, że angażuje jednocześnie kilka zmysłów, tworząc żywe doświadczenie, które kojarzymy z czymś fizycznym.
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.
Spalanie jest doświadczeniem zmysłowym utworzonym za pomocą połączenia paliwa, ciepła i tlenu. Kiedy drwa w ognisku uzyskają temperaturę spalania, ich ściany komórkowe ulegają zniszczeniu, uwalniając w powietrze cukry i inne cząsteczki. Następnie reagują one z tlenem, tworząc dwutlenek węgla i wodę. W tym samym czasie woda uwięziona w drewnie paruje, rozszerzając i rozrywając je. Uwalnia się, wydając satysfakcjonujące trzaski. Im gorętszy ogień, tym więcej dwutlenku węgla i pary wodnej uwalnia się w procesie spalania. Ponieważ są rzadsze, unoszą się w coraz cieńszej smudze. Powoduje to grawitacja, dzięki której wpływowi ogień ma charakterystyczny kształt. Bez grawitacji cząsteczki nie rozdzielają się pod względem gęstości i płomienie mają zupełnie inny kształt.
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.
Widzimy to wszystko, ponieważ spalanie wytwarza też światło. Cząsteczki emitują je po podgrzaniu, a kolor tego światła zależy od temperatury cząsteczek. Najgorętsze płomienie są białe lub niebieskie. Rodzaj spalanych cząsteczek także może wpływać na kolor ognia. Na przykład cząsteczki węgla z drewna tworzą małe kupki sadzy, która w ogniu emituje żółto-pomarańczowe światło, które kojarzy nam się z ogniskiem. Substancje takie jak miedź, chlorek wapnia czy chlorek potasu mogą nadać własny ton barwny do ognia.
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.
Oprócz kolorowych płomieni, ogień wytwarza podczas spalania ciepło. Utrzymuje ono ogień dzięki temu, że paliwo znajduje się w swojej temperaturze spalania lub wyższej. W końcu jednak nawet najgorętszy ogień wypali całe swoje paliwo lub tlen. Wtedy te wijące się płomienie wydadzą ostatni syk i znikną w smużce dymu, jak gdyby nigdy ich nie było.