Майкл Фарадей - История свечи

Конечно, со времен Фарадея открыто много нового, в частности, новый вид превращения вещества - ядерные реакции. Хотя в обычном горении ядра атомов не изменяются и, казалось бы, эти явления природы не имеют отношения к горению, следует все-таки отметить, что в настоящее время можно говорить о возможности и существования горения на ядерном уровне. К нему, конечно, следует отнести процесс энерговыделения на Солнце и других звездах. Решение проблемы управляемого термоядерного синтеза, к которой приложено много усилий со стороны ученых высокоразвитых стран, сводится в конечном счете к созданию условий, при которых ядерный очаг станет самоподдерживающимся (высокие плотности вещества и сверхвысокие температуры - десятки миллионов градусов), и к возможности регулировать скорость горения на желаемом уровне. Однако это предмет особого разговора. Мы будем рассматривать только химическое горение.

Начиная исследовать какое-либо явление, обычно обращают внимание на основные его особенности. Понимание деталей можно отложить и на будущее. Поступим и мы так же.

Процесс горения, как правило, связан с выделением тепла и света. И в пламени горящей спички и в камере сгорания космической ракеты выделение энергии приводит к возникновению высоких температур - порядка одной-двух тысяч градусов. Таким образом, непременным условием существования горения является участие в процессе веществ, реакция между которыми экзотермична, т.е. идет с выделением тепла. В процессе перестройки молекул их внутренняя, химическая энергия переходит в тепловую энергию, т.е. кинетическую энергию движения.

Одна из особенностей явления горения знакома каждому, кто хоть раз пытался разжечь костер на ветру или под дождем. Довольно просто (при достаточном количестве дров) поддерживать огонь в костре и под проливным дождем. Совсем другое дело его разжечь - обязательно нужно создать достаточно большой очаг пламени, который, оставленный на мгновенье без внимания, не погас бы. Когда такой очаг создан, он начинается сначала медленно, а потом все быстрее и быстрее разгораться и увеличиваться, охватывая в конце концов все топливо, собранное в костре. Выражаясь на языке науки о горении, существуют некоторые критические условия зажигания или воспламенения. Если эти условия выполнены, горение поддерживает себя само. В противном случае происходит потухание.

Все разнообразные и часто очень хитроумные способы разжигания костра "с одной спички" сводятся к умению так расположить дрова и вспомогательный материал - бересту, сухие щепочки,- чтобы величина пламени горящей спички превышала критический размер, необходимый для воспламенения.

Наконец, важная особенность явления горения - способность его к пространственному распространению. Вспомним лесные и степные пожары. Недаром для охраны больших массивов леса создана специальная служба слежения. С вертолетов и самолетов регулярно осматриваются большие площади лесов, а при необходимости высаживается и парашютный десант. Основное - вовремя заметить очаг пожара. Иначе он быстро захватывает большую территорию, и борьба с ним многократно усложняется. В ветреную погоду скорости распространения лесных пожаров достигают десятков километров в час.

Это свойство горения применяется и на практике. Во взрывном деле раньше широко употреблялся огнепроводный, или бикфордов, шнур. Он представляет собой пропитанную селитрой нитку, заключенную наподобие фитиля в пороховую трубку. Горение распространяется по такому шнуру со скоростью сантиметра в секунду. Шнур длиной, например, в шестьдесят сантиметров приводит к взрыву присоединенного к нему заряда ровно через минуту.

В конце концов и горение свечи тоже пример пространственного распространения пламени сверху вниз. Все эти особенности горения тесно связаны с законами протекания химических реакций. Поэтому мы с них и начнем.

Все многообразие окружающих нас тел обусловлено существованием всего ста с небольшим разных типов атомов. Их различные комбинации образуют и очень простые молекулы (кислород, вода, углекислый газ), и молекулы-гиганты, построенные из очень большого числа атомов (например, белки или высокомолекулярные соединения-полимеры). Слово "гиганты" в отношении молекул следовало бы, конечно, взять в кавычки: ведь по сравнению с окружающими нас предметами молекулы малы.

Не утомляя читателя числами с огромным количеством нулей после запятой (от них суть дела не намного становится понятнее), приведем простое сравнение. Предположим, мы увеличиваем в одинаковое число раз молекулу воды и теннисный мяч. Если при этом молекула станет размером с мяч, то последний будет сравним с земным шаром.