هل تحتوي النيران على البلازما

الإجابة على هذا السؤال أكثر تعقيدًا مما يدركه معظم الناس. بعض اللهب يحتوي على البلازما وبعض اللهب لا يحتوي. للإجابة بشكل صحيح على هذا السؤال, علينا حقًا أن نحدد أولاً بدقة ما نعنيه “بلازما”. التعريف الكتابي للبلازما هو غاز متأين. “الغاز المؤين” يعني أن بعض الإلكترونات قد انفصلت تمامًا عن الذرات التي يتكون منها الغاز. تكون الإلكترونات الخالية بشكل فعال مشحونة سالبًا وينتهي الأمر بالذرات المتأينة الناتجة بشحنة موجبة. ل “أيون” هي ذرة ذات عدد غير متساو من الإلكترونات والبروتونات. هذا التعريف هو نقطة انطلاق جيدة, ولكنها ليست دقيقة بما فيه الكفاية. كل يحتوي الغاز على عدد قليل من الأيونات والإلكترونات المحررة, ومع ذلك، ليس كل غاز عبارة عن بلازما. يجب أن يكون هناك عند نقطة قطع معينة حيث يوجد ما يكفي من الأيونات في الغاز بحيث يبدأ في التصرف مثل البلازما.

ماذا يعني أن تتصرف مثل البلازما? البلازما عبارة عن غاز متأين يعكس الموجات الكهرومغناطيسية منخفضة التردد مثل موجات الراديو. تم وصفه على مستوى أكثر أساسية, البلازما تحمي المجالات الكهربائية. البلازما قادرة على القيام بذلك لأن ما يكفي من الإلكترونات سالبة الشحنة والأيونات موجبة الشحنة تكون حرة محليًا وقادرة على الارتباط ببعضها البعض على مسافة طويلة, الطريقة الجماعية. إن السلوك الجماعي للأيونات والإلكترونات يعني أنها قادرة على الاستجابة بقوة للمجالات الكهربائية الساقطة والتحرك لإلغاء هذه المجالات. وبالتالي, التعريف الأكثر صرامة للبلازما هو الغاز الذي يوجد به ما يكفي من الإلكترونات والأيونات المحررة التي تعمل بشكل جماعي. المسافة التي يمكن أن يصلها المجال الكهربائي الخارجي إلى سحابة من الجسيمات المشحونة تتميز بـ “طول ديباي”. كلما زاد عدد الذرات المتأينة, كلما كانت التذبذبات الجماعية للشحنات أقوى, وكلما كان طول ديباي أصغر. وبالتالي فإن التعريف الأكثر صرامة للبلازما هو غاز متأين مع ما يكفي من التأين بحيث يكون طول ديباي أصغر بكثير من عرض سحابة الغاز.

في لهب, يحدث تأين ذرات الهواء لأن درجة الحرارة مرتفعة بما يكفي لتتسبب في اصطدام الذرات ببعضها البعض وانفصال الإلكترونات. وبالتالي, في لهب, كمية التأين تعتمد على درجة الحرارة. (آليات أخرى يمكن أن تؤدي إلى التأين. على سبيل المثال, في البرق, التيارات الكهربائية القوية تسبب التأين. في الأيونوسفير, ضوء الشمس يسبب التأين.) خلاصة القول هي أن اللهب يصبح بلازما فقط إذا أصبح ساخنًا بدرجة كافية. النيران في درجات الحرارة المنخفضة لا تحتوي على ما يكفي من التأين لتصبح بلازما. من ناحية أخرى, يحتوي اللهب ذو درجة الحرارة المرتفعة بالفعل على ما يكفي من الإلكترونات والأيونات المحررة لتكون بمثابة البلازما.

فمثلا, تحتوي شمعة الشمع اليومية على لهب يحترق عند درجة حرارة قصوى تبلغ 1,500 درجة مئوية, وهو منخفض جدًا بحيث لا يمكنه إنشاء عدد كبير جدًا من الأيونات. وبالتالي فإن لهب الشمعة ليس بلازما. لاحظ أن الألوان الحمراء والبرتقالية والأصفر النابضة بالحياة التي نراها في اللهب لا تنشأ من كون اللهب بلازما. بدلا, تنبعث هذه الألوان من جزيئات الوقود المحترقة بشكل غير كامل (“السخام”) شديدة السخونة لدرجة أنها تتوهج مثل عنصر محمصة كهربائية. إذا قمت بضخ كمية كافية من الأكسجين في اللهب, يكتمل الاحتراق ويختفي اللهب ذو اللون الأحمر البرتقالي والأصفر. مع وضعه بالحسبان, ويجب أن يكون واضحا أن لهب الشمعة يصدر ضوءا رغم أنه ليس بلازما. على النقيض من لهيب الشموع, يمكن أن تصل مخاليط مشتعلة معينة من الأسيتيلين 3,100 درجة مئوية, مع طول ديباي المرتبط به 0.01 ملليمتر, وفقا للتحالف من أجل علوم البلازما. وبالتالي فإن مثل هذه النيران هي بلازما (طالما أن اللهب أكبر بكثير من 0.01 ملليمتر, وهذا هو الحال عادة). النيران الأخرى, بما في ذلك النيران المنبعثة من نيران المخيمات, مواقد البروبان, ولاعات السجائر, لديها درجات حرارة تقع في مكان ما بين هذين النقيضين, وبالتالي قد تكون أو لا تكون بلازما. النيران اليومية مثل حرق الخشب, فحم, الغازولين, البروبان, أو الغاز الطبيعي عادة لا يكون ساخنًا بدرجة كافية ليعمل مثل البلازما.

ائتمان:HTTPS://wtamu.edu/~cbaird/sq/2014/05/28/do-flames-contain-plasma/