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.
นั่งอยู่รอบ ๆ กองไฟ คุณจะสัมผัสได้ถึงความร้อนของมัน ได้กลิ่นควันไม้ และได้ยินเสียงมันปะทุ ถ้าคุณเข้าไปใกล้เกินไป คุณจะแสบตาและแสบจมูก คุณสามารถจ้องมองเปลวไฟอันสดใสนั้นได้ตลอดไป ในขณะที่มันบิดตัวและสั่นไหวใน การเปลี่ยนแปลงรูปร่างอย่างไม่มีที่สิ้นสุด แต่คุณกำลังจ้องอะไรอยู่กันแน่ล่ะ เห็นได้ชัดว่าเปลวไฟไม่ใช่ของแข็ง หรือว่าเป็นของเหลว เมื่อผสมกับอากาศ พวกมันก็เหมือนแก๊สมากกว่า แค่เห็นได้ชัดกว่า และประเดี๋ยวประด๋าวกว่า แต่ในระดับวิทยาศาสตร์ ไฟแตกต่างจากแก๊ส เพราะก๊าซสามารถอยู่ ในสถานะเดียวกันได้ไปเรื่อย ๆ ในขณะที่ไฟมักจะมอดไปในที่สุด
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.
ความเข้าใจผิดประการหนึ่งคือ ไฟมีสถานะเป็นพลาสมา สถานะที่สี่ของสสารซึ่งอะตอม ถูกดึงออกจากอิเล็กตรอน เหมือนไฟและไม่เหมือนสสารชนิดอื่น พลาสมาไม่มีสถานะที่เถียรบนโลก พวกมันก่อตัวเฉพาะเมื่อก๊าซสัมผัส กับสนามไฟฟ้าหรือถูกทำให้ร้อนยิ่งยวด จนถึงอุณหภูมิหลายพันหรือหมื่นองศาเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม เชื้อเพลิงอย่างไม้ และกระดาษจะเผาไหม้ ที่อุณหภูมิไม่กี่ร้อยองศา ซึ่งต่ำมากกว่าระดับปกติ ที่จะเรียกว่าพลาสมาได้
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.
ดังนั้นหากไฟไม่ได้มีสถานะ เป็นของแข็ง ของเหลว ก๊าซ หรือพลาสมา แล้วมันคืออะไรล่ะ กลายเป็นว่า ไฟไม่ได้เป็นสสารด้วยซ้ำ แต่เป็นประสบการณ์จากการเร้าภายนอกของเรา เกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมีเรียกว่า การเผาไหม้ ในทางใดทางหนึ่ง ไฟก็เหมือนกับใบไม้เปลี่ยนสีในฤดูใบไม้ร่วง กลิ่นของผลไม้เมื่อสุก หรือแสงกะพริบของหิ่งห้อย ทั้งหมดนี้เป็นสัญญาณทางประสาทสัมผัสว่า มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น สิ่งที่แตกต่างเกี่ยวกับไฟก็คือ มันเข้าถึงประสาทสัมผัสของเรา หลายหน่วยในเวลาเดียวกัน ทำให้เกิดประสบการณ์ที่ชัดเจน ซึ่งเราคาดคิดว่าจะมาจากสิ่งทางกายภาพ
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.
การเผาไหม้ทำให้เกิด ประสบการณ์จากการเร้าภายนอก โดยใช้เชื้อเพลิง ความร้อน และออกซิเจน ในแคมป์ไฟ เมื่อท่อนไม้ได้รับ ความร้อนจนถึงอุณหภูมิจุดระเบิด ผนังเซลล์ของท่อนไม้จะสลายตัว และปล่อยน้ำตาล และโมเลกุลอื่น ๆ ขึ้นสู่อากาศ โมเลกุลเหล่านี้จะทำปฏิกิริยา กับออกซิเจนในอากาศ เพื่อสร้างคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ขณะเดียวกันน้ำต่าง ๆ ที่ขังอยู่ในท่อนไม้ ระเหยออก ขยายตัว ทำให้ไม้ที่อยู่รอบ ๆ มันแตกตัวออก และระเหยออกไปพร้อมกับเสียงแตกอันเสนาะหู เมื่อไฟร้อนขึ้น คาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ ที่เกิดจากการเผาไหม้จะขยายตัว เมื่อมันมีความหนาแน่นน้อยลง พวกมันก็ลอยตัวขึ้นเป็นแนวที่เบาบาง แรงโน้มถ่วงทำให้เกิด การขยายตัวและการเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้เปลวไฟมีลักษณะเรียวเล็กลง หากไม่มีแรงโน้มถ่วงแล้ว โมเลกุลจะไม่แยกจากความหนาแน่น และเปลวไฟจะมีรูปร่าง ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง
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.
เรามองเห็นทั้งหมดนี้ได้เพราะการเผาไหม้ และยังก่อให้เกิดแสงสว่างอีกด้วย โมเลกุลจะเปล่งแสงเมื่อถูกความร้อน และสีของแสง จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของโมเลกุล เปลวไฟที่ร้อนที่สุดคือสีขาวหรือสีน้ำเงิน ประเภทของโมเลกุลในไฟ สามารถส่งผลต่อสีของเปลวไฟได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น อะตอมของคาร์บอน ที่ไม่ทำปฏิกิริยาจากท่อนไม้ จะก่อตัวเป็นก้อนเขม่าเล็ก ๆ ที่ลอยขึ้นสู่ เปลวไฟและปล่อยแสงสีส้ม ๆ เหลือง ๆ ที่เราเชื่อมโยงกับแคมป์ไฟ สารจำพวกทองแดง แคลเซียมคลอไรด์ และโพแทสเซียมคลอไรด์สามารถเพิ่ม เฉดสีที่มีลักษณะเฉพาะของตัวเอง ลงในส่วนผสมได้
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.
นอกจากเปลวไฟหลากสีแล้ว ไฟยังคงสร้างความร้อนในขณะที่เผาไหม้ด้วย ความร้อนยังช่วยรักษาเปลวไฟโดย ทำให้เชื้อเพลิงอยู่ที่อุณหภูมิจุดระเบิด หรือสูงกว่าอุณหภูมิจุดระเบิด แต่ท้ายที่สุดแล้ว แม้กระทั่งไฟที่ร้อนที่สุด ก็จะหมดเชื้อเพลิงหรือออกซิเจน แล้วเปลวเพลิงที่บิดเบี้ยวเหล่านั้น จะส่งเสียงฟู่เป็นครั้งสุดท้าย และหายไปพร้อมกับควันบางเบา ราวกับว่าไม่มันเคยอยู่ที่นั่นแต่แรก