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.
Ngồi bên lửa trại, bạn có thể cảm nhận sức nóng, ngửi thấy mùi khói gỗ và nghe thấy tiếng nổ vụn. Nếu đến quá gần, nó sẽ làm mắt bạn rát bỏng và xộc cay vào lỗ mũi. Bạn có thể nhìn mãi ánh lửa rực cháy như thể chúng xoắn lại, bập bùng trong sự hóa thân không hồi kết. Nhưng chính xác là bạn đang nhìn vào cái gì? Lửa rõ ràng không phải là chất rắn, cũng không phải chất lỏng. Hòa trộn cùng không khí, nó giống chất khí nhưng có thể nhìn thấy rõ ràng, và thoáng qua nhanh hơn. Và nhìn từ góc độ khoa học, lửa khác với khí, bởi khí có thể tồn tại ở một trạng thái vô thời hạn, trong khi lửa cuối cùng cũng tắt.
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.
Một quan niệm sai cho rằng lửa là plasma, trạng thái thứ tư của vật chất trong đó các nguyên tử bị tước đi các electron. Giống như lửa, và không giống như các loại vật chất khác, plasma không tồn tại trong trạng thái ổn định của trái đất. Chúng chỉ hình thành khi khí được tiếp xúc với điện trường hoặc được làm nóng đến nhiệt độ hàng nghìn hoặc hàng chục nghìn độ. Ngược lại những nhiên liệu như gỗ và giấy bị đốt cháy ở một vài trăm độ, còn kém xa ngưỡng thường được coi là plasma.
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.
Vậy nếu lửa không phải là chất rắn, lỏng, khí, hay plasma, nó là cái gì? Hóa ra lửa thực sự không phải là vật chất. Thay vào đó, nó là cảm giác trải nghiệm của phản ứng hóa học được gọi là sự đốt cháy. Theo một cách nào đó, lửa như những chiếc lá đổi sắc vào mùa thu, mùi của hoa quả khi chín, hay một con đom đóm nhấp nháy ánh sáng. Tất cả những biểu hiện cảm quan này cho ta biết một phản ứng hóa học đang diễn ra. Điều khác biệt về lửa là nó có sự tham gia của nhiều giác quan cùng một lúc, tạo ra một trải nghiệm sống động
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.
mà ta mong đợi từ một vật thể. Sự đốt cháy tạo ra trải nghiệm của các giác quan sử dụng nhiên liệu, sức nóng và khí oxi. Ở lửa trại, khi gỗ được làm nóng đến nhiệt độ đốt cháy, lớp vỏ của các tế bào bị phân hủy, giải phóng đường và các phân tử khác vào không khí. Những phân tử này, sau đó, phản ứng với oxy trong không khí, hình thành khí cacbonic và nước. Đồng thời, những giọt nước trong thân gỗ, bốc hơi, giãn nở, làm đứt gãy phần gỗ xung quanh, và thoát ra cùng với tiếng kêu răng rắc. Khi lửa nóng lên, khí cacbonic và hơi nước được tạo ra bởi quá trình đốt cháy mở rộng. Giờ, lửa đã bớt đặc, nó cao lên như một cái cột mỏng. Trọng lực là nguyên nhân của sự giãn nở và cao lên, tạo nên hình chóp đặc trưng của ngọn lửa. Không có trọng lực, phân tử sẽ không phân chia theo mật độ và ngọn lửa có hình dạng hoàn toàn khác.
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.
Ta có thể thấy tất cả những điều này vì sự đốt cháy cũng tạo ra ánh sáng. Các phân tử phát ra ánh sáng khi được làm nóng và màu sắc của ánh sáng phụ thuộc vào nhiệt độ của các phân tử. Những ngọn lửa nóng nhất có màu trắng hoặc xanh dương. Loại phân tử trong lửa cũng có thể ảnh hưởng đến màu lửa. Chẳng hạn, bất kỳ nguyên tử carbon không phản ứng nào từ các khúc gỗ đều tạo thành những cục bồ hóng nhỏ bốc lên và phát ra ánh sáng màu vàng cam vốn rất quen thuộc với lửa trại. Các chất như đồng, canxi clorua và kali clorua có thể thêm màu sắc đặc trưng của riêng chúng vào hỗn hợp. Bên cạnh ngọn lửa đầy màu sắc,
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.
lửa cũng tiếp tục sinh nhiệt khi cháy. Nhiệt này duy trì ngọn lửa bằng cách giữ nhiên liệu ở hoặc trên nhiệt độ đánh lửa. Cuối cùng, dù rằng, những đám cháy nóng nhất cũng hết nhiên liệu hoặc oxy. Sau đó, những ngọn lửa xoắn rít lên một tiếng cuối cùng và biến mất với một làn khói như thể chưa bao giờ ở đó.