Bevatten vlammen plasma?

Het antwoord op deze vraag is ingewikkelder dan de meeste mensen beseffen. Sommige vlammen bevatten plasma en sommige vlammen niet. Om deze vraag goed te beantwoorden, we moeten echt eerst strikt definiëren wat we daarmee bedoelen “plasma”. Een leerboekdefinitie van een plasma is een geïoniseerd gas. “Geïoniseerd gas” betekent dat sommige elektronen volledig zijn weggerukt van de atomen waaruit het gas bestaat. De effectief vrije elektronen zijn negatief geladen en de resulterende geïoniseerde atomen eindigen positief geladen. Een “ion” is een atoom met een ongelijk aantal elektronen en protonen. Deze definitie is een goed uitgangspunt, maar het is niet precies genoeg. Elk gas bevat enkele ionen en vrijgekomen elektronen, en toch is niet elk gas een plasma. Er moet een grenspunt zijn waarop er voldoende ionen in het gas zitten, zodat het zich als een plasma gaat gedragen.

Wat betekent het om zich als een plasma te gedragen?? Een plasma is een geïoniseerd gas dat reflecteert op laagfrequente elektromagnetische golven zoals radiogolven. Beschreven op een meer basaal niveau, een plasma schermt elektrische velden af. Een plasma kan dit doen omdat er voldoende negatief geladen elektronen en positief geladen ionen lokaal vrij zijn en over een lange afstand aan elkaar kunnen binden., collectieve manier. Het collectieve gedrag van ionen en elektronen betekent dat ze sterk kunnen reageren op invallende elektrische velden en deze velden kunnen opheffen.. daarom, een striktere definitie van een plasma is een gas waarin voldoende vrije elektronen en ionen aanwezig zijn om gezamenlijk te kunnen optreden. De afstand die een extern elektrisch veld kan bereiken tot in een wolk van geladen deeltjes wordt gekenmerkt door de “Deby lengte”. Hoe meer atomen er geïoniseerd zijn, hoe sterker de collectieve oscillaties van de ladingen, en hoe kleiner de Debye-lengte. De striktste definitie van een plasma is daarom een ​​geïoniseerd gas met voldoende ionisatie zodat de Debye-lengte aanzienlijk kleiner is dan de breedte van de gaswolk..

In een vlam, ionisatie van de luchtatomen vindt plaats omdat de temperatuur hoog genoeg is om ervoor te zorgen dat de atomen tegen elkaar botsen en elektronen afrukken. daarom, in een vlam, de hoeveelheid ionisatie is afhankelijk van de temperatuur. (Andere mechanismen kunnen tot ionisatie leiden. Bijvoorbeeld, bij bliksem, sterke elektrische stromen veroorzaken de ionisatie. In de ionosfeer, zonlicht veroorzaakt de ionisatie.) Het komt erop neer dat een vlam pas een plasma wordt als deze heet genoeg wordt. Vlammen bij lagere temperaturen bevatten niet voldoende ionisatie om een ​​plasma te worden. Anderzijds, een vlam met een hogere temperatuur bevat inderdaad voldoende vrijgekomen elektronen en ionen om als plasma te fungeren.

Bijvoorbeeld, een alledaagse waskaars heeft een vlam die brandt op een maximale temperatuur van 1,500 graden Celsius, wat te laag is om heel veel ionen te creëren. Een kaarsvlam is dus geen plasma. Merk op dat de levendige rood-oranje-gele kleuren die we in een vlam zien, niet ontstaan ​​doordat de vlam een ​​plasma is. Liever, deze kleuren worden uitgezonden door onvolledig verbrande brandstofdeeltjes (“roet”) die zo heet zijn dat ze gloeien als een elektrisch broodroosterelement. Als je genoeg zuurstof in een vlam pompt, de verbranding wordt voltooid en de rood-oranje-gele vlam dooft. Met dit in gedachten, het mag duidelijk zijn dat een kaarsvlam licht afgeeft, ook al is het geen plasma. In tegenstelling tot kaarsvlammen, bepaalde brandende mengsels van acetyleen kunnen bereiken 3,100 graden Celsius, met een bijbehorende Debye-lengte van 0.01 millimeter, volgens de Coalition for Plasma Science. Dergelijke vlammen zijn daarom plasma's (zolang de vlam maar veel groter is dan 0.01 millimeter, wat meestal het geval is). Andere vlammen, inclusief vlammen van kampvuren, propaan kachels, en sigarettenaanstekers, hebben temperaturen die ergens tussen deze twee uitersten liggen, en kan daarom wel of niet plasma zijn. Alledaagse vlammen zoals bij het verbranden van hout, houtskool, benzine, propaan, of aardgas zijn doorgaans niet heet genoeg om als plasma te werken.

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