Chương VII: Lửa là gì? tại sao khi cháy lửa có màu xanh?
Lửa là một sản phẩm sinh ra từ phản ứng cháy giữa Oxy và vật liệu hữu cơ. Hóa học đã giải thích khá chi tiết về bản chất của sự cháy, nhưng ánh sáng, màu sắc, hình dạng ngọn lửa lại thuộc về vật lý.
Chương VII: Lửa là gì? tại sao khi cháy lửa có màu xanh?
Trong vật lý định nghĩa lửa là gì phức tạp hơn nhiều. Thời kỳ đầu các nhà vật lý học cho rằng ngọn lửa là một trạng thái tồn tại của vật chất và được xếp như một loại chất lỏng (nó không phải thể rắn vì không có hình dạng xác định, nó cũng không phải thể khí do nó không chiếm toàn bộ không gian chứa nó => nên người ta xếp nó vào trạng thái lỏng). Tuy nhiên hiện tại Ngọn lửa là một trạng thái tồn tại của vật chất và được xếp như một loại khí plasma – bị ion hóa một phần.
Xét một ngọn lửa sinh ra từ một cây nến đang cháy nó là tổng hợp của hàng ngàn ngọn lửa nhỏ sinh ra từ phản ứng cháy giữa nguyên liệu làm nến (sáp ong hoặc parafin hoặc mỡ động vật …) đang bốc hơi kết hợp với oxy trong không khí sinh ra nhiệt và phát sáng kèm theo đó là các sản phẩm khác như CO2, hơi nước.
Ngọn nến cháy là phản ứng cháy của nhiên liệu (đang bốc hơi) và Oxi trong không khí, phản ứng này sinh ra ánh sáng, nhiệt, khí cacbonic và hơi nước
Ánh sáng của một ngọn lửa rất phức tạp. Trong ánh sáng đó có bức xạ của vật đen được phát ra từ các hạt bụi than, khí đốt, hoặc nhiên liệu. Ngoài ra còn có sự phát xạ photon do các nguyên tử và phân tử trong ngọn lửa. Ánh sáng do ngọn lửa phát ra nằm trong dải quang phổ có thể nhìn thấy và hồng ngoại.
Màu sắc của ngọn lửa phụ thuộc vào nguyên liệu đốt chủ yếu là trắng và xanh. Khi nguyên liệu cháy không hết màu xanh sẽ bị che phủ bởi ánh sáng từ muội than và khói và ánh sáng của màu đỏ.
Màu trắng của ngọn lửa là màu sắc nóng nhất có thể cho các chất hữu cơ, tiếp đến là màu xanh khi nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn, màu vàng, đỏ phát ra từ muội than
Hình dáng quen thuộc của ngọn lửa mà ta thấy là do lực hấp dẫn của trái đất và sự đối lưu của không khí.
Do hiện tượng đối lưu các dòng khí nóng sẽ chuyển động lên trên tạo ra hình dạng thường thấy của ngọn lửa. (Gravity: lực hấp dẫn)
Khi nghiên cứu ngọn lửa trong môi trường không trọng lực, hình dáng của ngọn lửa thường có dạng hình cầu tản ra mọi hướng trong không gian.
Video thí nghiệm tạo ra ngọn lửa cháy trong môi trường không trọng lực của NASA
Lửa (Cháy) bắt đầu khi một chất dễ bắt lửa (vật liệu dễ cháy), kết hợp với một lượng đầy đủ một chất oxy hóa như khí oxy hoặc một hợp chất giàu oxy (không khí khô xung quanh môi trường), được tiếp xúc với một nguồn nhiệt hoặc môi trường xung quanh có nhiệt độ trên điểm bắt lửa của nhiên liệu hoặc hỗn hợp chất oxy hóa. Điều kiện tiếp theo là quá trình oxy hóa phải có thể duy trì tốc độ của phản ứng nhanh chóng đến mức để tạo ra một phản ứng dây chuyền. Ba điều kiện này thường được gọi là tam giác lửa. Lửa không thể tồn tại mà không có tất cả các yếu tố trên theo đúng tỷ lệ. Ví dụ, một chất lỏng dễ cháy sẽ bắt đầu cháy chỉ khi nhiên liệu và oxy kết hợp theo đúng tỷ lệ. Một số hỗn hợp giữa nhiên liệu và oxy có thể cần một chất xúc tác, không tham gia vào phản ứng cháy, nhưng cho phép các chất phản ứng để đốt cháy dễ dàng hơn.
Vào mùa hanh khô (thường là mùa hè trong năm) khi trái đất chuyển động đến vị trí gần mặt trời nhất, dưới sức nóng của mặt trời, hơi nước trong không khí bốc hơi hết không khí trở nên rất khô, trong không khí bình thường có khoảng 20% là khí Oxy (thỏa mãn điều kiện 1).
Nhiệt độ từ ánh sáng mặt trời cũng khiến cho nước ở các sông, suối bốc hơi, khiến cho những cánh rừng trở nên khô hạn, những chiếc lá, thân cây, cỏ không có nước sẽ bị chết khô tạo ra khối lượng chất dễ bắt cháy khổng lồ (thỏa mãn điều kiện 2)
Và chỉ cần một điều kiện thứ 3 nữa là nhiệt độ môi trường xung quanh chất dễ bắt cháy phải đến điểm bắt cháy (có thể là một tàn thuốc, một bếp lửa trại chưa dập tắt hết, một viên than hồng do con người tạo ra, sự hội tụ của ánh sáng mặt trời tại 1 điểm …) thì sẽ tạo ra một phản ứng dây chuyền khiến vài trăm héc ta rừng thành một đống tro tàn.
Theo số liệu của Trung tâm Cứu hỏa liên cơ quan quốc gia Mỹ (NIFC) công bố 14-10-15, tính từ đầu năm đến nay tại Mỹ đã ghi nhận 51.110 vụ cháy rừng, thiêu trụi hơn 4,5 triệu ha rừng, lớn hơn cả diện tích của đất nước Đan Mạch. Điều này đồng nghĩa cứ trung bình mỗi đám cháy lại thiêu trụi 88 ha rừng.