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.
Сидя у костра, вы чувствуете тепло, ощущаете аромат горящего дерева и слышите, как потрескивают поленья. Если приблизиться, то вы почувствуете, как горячий воздух обжигает глаза и ноздри. Можно смотреть вечно, как горит огонь, как языки пламени дрожат и вспыхивают, словно живые. Но на что, собственно, вы смотрите? Пламя не существует ни в твёрдом, ни в жидком состоянии. Смешиваясь с воздухом, оно больше похоже на газ, но его можно увидеть и оно недолговечно. С научной точки зрения, огонь отличается от газа тем, что вещества способны существовать в газообразном состоянии вечно, а пламя рано или поздно погаснет.
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.
Ещё одним заблуждением является то, что огонь — это плазма, четвёртое агрегатное состояние, при котором атомы лишены электронов. Подобно огню, но в отличие от других видов материи, плазма не существует в стабильном состоянии на Земле. Она образуется только под воздействием на газ электрического поля или при нагревании его на тысячи или десятки тысяч градусов Цельсия. Однако твёрдые вещества, такие как дерево или бумага, сгорают при температуре всего в несколько сот градусов, что гораздо ниже температур образования плазмы.
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.
Если огонь не существует в твёрдом, жидком или газообразном состоянии и не является плазмой, то что это тогда? Оказывается, огонь и вовсе не является материей. А представляет собой наше чувственное ощущение химической реакции горения. В чём-то огонь — это то же, что перемена цвета листьев осенью, появление запаха у созревшего плода или мерцающий огонёк светлячка. Для наших органов чувств всё это является сигналами того, что происходит химическая реакция. Однако отличие огня заключается в том, что одновременно задействованы несколько органов чувств, благодаря чему у нас в сознании создаётся чётко выраженный комплекс ощущений физического объекта.
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.
Комплекс ощущений создаётся горением благодаря тому, что в реакции участвуют материя, тепло и кислород. В костре деревянные поленья нагреваются до температуры возгорания, при это разрушаются оболочки клеток и в воздух высвобождаются молекулы сахаринов и других веществ. Эти молекулы вступают в реакции с молекулами кислорода и образуются углекислый газ и вода. В то же время содержащаяся в древесине вода испаряется, расширяясь и образуя трещины на древесине, поэтому при её высвобождении слышен приятный на слух треск. По мере того, как повышается температура, вода и углекислый газ испаряются, а пламя разгорается и становится больше. Концентрация газов падает, и воздух поднимается сужающимся столбом. В результате силы гравитации, а также благодаря расширению и восходящему движению воздуха, огонь приобретает характерный вид «язычков пламени». Не будь гравитации, молекулы бы не отделялись из-за диффузии
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.
и пламя имело бы совершенно другой вид. Мы знаем всё это потому, что в процессе горения образуется свет. При нагревании молекулы излучают свет, а его цвет зависит от температуры молекул. Самые горячие светятся белым или синим цветом. На цвет пламени также может влиять то, какие вещества содержатся в горящей материи. Например, не участвующие в реакции атомы углерода, которые содержатся в древесине, образуют сгустки копоти, летящие в воздух и светящиеся жёлто-оранжевым светом, каким обычно светится костёр. Такие вещества, как медь, хлорид кальция и хлорид калия,
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.
также добавляют оттенки пламени. Помимо красочного свечения в процессе горения огонь также поддерживает тепло. Это тепло необходимо для поддержания пламени в пределах или выше температуры горения материала. Наконец, даже в самом жарком огне когда-нибудь закончится материал или кислород. Тогда извивающиеся языки пламени вспыхнут в последний раз и незаметно исчезнут в дымке костра,