Inneholder flammer plasma

Svaret på dette spørsmålet er mer komplisert enn de fleste er klar over. Noen flammer inneholder plasma og noen flammer ikke. For å svare ordentlig på dette spørsmålet, vi må virkelig først definere hva vi mener med “plasma”. En lærebokdefinisjon av plasma er en ionisert gass. “Ionisert gass” betyr at noen elektroner har blitt revet fullstendig av atomene som utgjør gassen. De effektivt frie elektronene er negativt ladet og de resulterende ioniserte atomene ender opp positivt ladet. An “ion” er et atom med ulikt antall elektroner og protoner. Denne definisjonen er et godt utgangspunkt, men det er ikke nøyaktig nok. Hver gass ​​inneholder noen få ioner og frigjorte elektroner, og likevel er ikke hver gass et plasma. Det må ved et eller annet grensepunkt der det er nok ioner i gassen til at den begynner å virke som et plasma.

Hva vil det si å opptre som et plasma? Et plasma er en ionisert gass som reflekterer lavfrekvente elektromagnetiske bølger som radiobølger. Beskrevet på et mer grunnleggende nivå, et plasma skjermer elektriske felt. Et plasma er i stand til å gjøre dette fordi nok negativt ladede elektroner og positivt ladede ioner er lokalt frie og kan binde seg til hverandre på lang rekkevidde, kollektiv måte. Den kollektive oppførselen til ioner og elektroner betyr at de er i stand til å reagere sterkt på innfallende elektriske felt og bevege seg for å kansellere disse feltene. Derfor, en strengere definisjon av plasma er en gass hvor det er nok frigjorte elektroner og ioner til at de virker kollektivt. Avstanden som et eksternt elektrisk felt kan nå inn i en sky av ladede partikler er preget av “Debye lengde”. Jo flere atomer som ioniseres, jo sterkere er ladningenes kollektive svingninger, og jo mindre Debye-lengden er. Den strengeste definisjonen av et plasma er derfor en ionisert gass med nok ionisering til at Debye-lengden er betydelig mindre enn bredden på gasskyen.

I en flamme, ionisering av luftatomene skjer fordi temperaturen er høy nok til å få atomene til å banke inn i hverandre og rive av elektroner. Derfor, i en flamme, mengden ionisering avhenger av temperaturen. (Andre mekanismer kan føre til ionisering. For eksempel, i lyn, sterke elektriske strømmer forårsaker ionisering. I ionosfæren, sollys forårsaker ionisering.) Poenget er at en flamme bare blir en plasma hvis den blir varm nok. Flammer ved lavere temperaturer inneholder ikke nok ionisering til å bli et plasma. På den andre siden, en flamme med høyere temperatur inneholder faktisk nok frigjorte elektroner og ioner til å fungere som et plasma.

For eksempel, et hverdags vokslys har en flamme som brenner ved en maksimal temperatur på 1,500 Grader celsius, som er for lavt til å skape veldig mange ioner. En stearinlysflamme er derfor ikke et plasma. Legg merke til at de livlige rød-oransje-gule fargene som vi ser i en flamme ikke er skapt av at flammen er en plasma. Heller, disse fargene avgis av ufullstendig forbrente drivstoffpartikler (“sot”) som er så varme at de lyser som et elektrisk brødristerelement. Hvis du pumper nok oksygen inn i en flamme, forbrenningen blir fullstendig og den rød-oransje-gule flammen går bort. Med dette i tankene, det skal være klart at en stearinlysflamme gir fra seg lys selv om det ikke er et plasma. I motsetning til stearinlys flammer, visse brennende blandinger av acetylen kan nå 3,100 Grader celsius, med en tilhørende Debye-lengde på 0.01 millimeter, ifølge Coalition for Plasma Science. Slike flammer er derfor plasmaer (så lenge flammen er mye større enn 0.01 millimeter, som vanligvis er tilfelle). Andre flammer, inkludert flammer fra leirbål, propan ovner, og sigarettennere, har temperaturer som ligger et sted mellom disse to ytterpunktene, og kan derfor være plasma eller ikke. Hverdagsflammer som fra brenning av ved, kull, bensin, propan, eller naturgass er vanligvis ikke varme nok til å fungere som et plasma.

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