Sólin Sólin Rís 10:17 • sest 16:10 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 21:40 • Sest 15:54 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 10:12 • Síðdegis: 22:46 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 03:46 • Síðdegis: 16:36 í Reykjavík
Sólin Sólin Rís 10:17 • sest 16:10 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 21:40 • Sest 15:54 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 10:12 • Síðdegis: 22:46 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 03:46 • Síðdegis: 16:36 í Reykjavík
LeiðbeiningarTil baka

Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=
Forsíða Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi Hvers vegna varpar eldur engum skugga?

Flokkun:

3.6.2014
Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi
Vísindavefur Vísindi almennt

Hvers vegna varpar eldur engum skugga?

Emelía Eiríksdóttir

Upprunalega spurningin hljóðaði svona:
Hvers vegna kemur ekki skuggi af eldi en eldur getur búið til skugga af öðrum hlutum?

Þegar lýst er á hlut fer ljósið að hluta til í gegnum hann, það endurkastast af honum eða er gleypt af hlutnum. Styrkur ljóssins sem kemst í gegn og endar á fletinum fyrir aftan hefur því minnkað. Ljósið sem fer hins vegar framhjá hlutnum lendir á fletinum fyrir aftan í fullum ljósstyrk. Við nemum mun á ljósa fletinum og dekkri fletinum og köllum dekkri flötinn skugga hlutarins. Þetta getum við sett fram á eftirfarandi hátt:

$$Skuggi = \frac{Ljósmagn sem fer í gegnum hlut}{Ljósmagn sem fer framhjá hlut}          (1)$$

Því lægra sem hlutfall jöfnunnar er, því sterkari er skugginn og nær hann hápunkti sínum þegar hlutfallið er 0. Ef hlutfallið er hins vegar 1 (eða mjög nálægt einum) myndast ekki skuggi.

Hægt er að búa til eld með því að hita eldfim efni nægilega mikið. Eldfimu efnin ganga þá í efnasamband við súrefni í loftinu. Ef lífrænt efni brennur hreinum bruna myndast koltvíildi (CO2, koltvíoxíð, koltvísýringur) og vatn (H2O). Hreinn bruni gerist þó sjaldan og við venjulegar aðstæður myndast því aðallega koltvíildi (CO2), vatn (H2O) og einnig koleinildi (CO) (koleinoxíð) og sót (kolefnisagnir, Cn). Guli, rauði og appelsínuguli litur eldsins stafar af því að heitar sótagnir geisla eins og svarthlutur (e. black body) þegar þær hitna.

Sót myndast þegar lífræn efni brenna ófullkomnum bruna.

Gas (efni í gasham) er þekkt fyrir að vera gljúpt, það er að segja það er nóg pláss á milli sameindanna og frumeindanna og kemst ljós auðveldlega í gegnum gasið. Eldur er einungis rafsegulbylgjur, afleiðing efnasambanda sem myndast við brunann; við skynjum eld sem hita og ljós. Í eldinum leynast fjölmörg efnasambönd á gasformi en einnig sót, sem þyrlast upp í loftið vegna hitauppstreymis (e. convection).

Gastegundirnar sem myndast við bruna lífrænna efna gleypa nánast ekkert ljós á sýnilega sviðinu, þessar gastegundir verða þess því ekki valdandi að minnka styrk ljóss sem fer í gegnum eld. Sótið getur hins vegar hindrað að ljós sem er beint að eldinum komist í gegnum eldinn; þetta gerist vegna þess að sótið gleypir ljósið sem skellur á það. Á þennan hátt getur eldur hagað sér eins og hluturinn sem rætt var um hér efst. Eldur, eða öllu heldur efni í eldinum, getur varpað skugga en sá skuggi er vanalega mjög daufur. Sýnileiki skuggans ræðst af magni sótsins sem er í eldinum; því meira sót, þeim mun greinilegri verður skugginn. Ljósgjafinn sem lýsir á eldinn spilar einnig stórt hlutverk, ljósgjafinn þarf að vera töluvert bjartari en eldurinn til þess að munur sjáist á ljósinu sem fer í gegnum eldinn og ljósinu sem fer framhjá eldinum. Þessu er hægt að lýsa með jöfnu 2:

$$Skuggi með upplýstum bakgrunni = \frac{X+U}{Y+U}          (2)$$

þar sem X = ljósmagn sem fer í gegnum hlut, Y = ljósmagn sem fer framhjá hlut, og U = upplýstur bakgrunnur vegna ljóss frá eldinum. Nú gildir að X er alltaf jafnt og eða minna en Y, sjá jöfnu 1. Y getur verið meira eða minna en U, það fer eftir ljósgjafanum og ljósstyrk eldsins. Sótagnirnar í eldinum valda ekki mikilli hindrun ljóss í gegnum eldinn, því er X mjög nálægt því að vera 1 fyrir skugga elds; við skulum gefa okkur að X = 0,95 í dæmunum okkar. Y er hins vegar alltaf 1 því það er styrkur óhindraðs ljóss, það er að segja styrkur ljósgjafans. Ef U = 100, það er mun meira ljós frá eldinum fellur á bakgrunninn en kemur frá ljósgjafanum, er hlutfall jöfnunnar 0,9995 og því sést enginn skuggi. Ef U = 0,01, það er mun meira ljós frá ljósgjafanum en eldinum fellur á bakgrunninn, þá er hlutfall jöfnunnar 0,9505 og við gætum séð örla á skugga.

Hægt er að fá fram daufan skugga af eldi sem inniheldur sót ef ljósstyrkur ljósgjafans er nægilega mikill.

Eldur sem stafar af bruna efnis sem inniheldur ekki kolefni myndar ekki sót. Vetni (H2) er dæmi um svoleiðis eldfimt efni. Bruni vetnis er hreinn bruni þar sem vetnið umbreytist alveg í vatn, samkvæmt eftirfarandi efnajöfnu:

$$2H_{2}+O_{2}\rightarrow 2H_{2}O$$

Slíkur eldur hleypir öllu ljósi í gegnum sig og varpar ekki skugga. Mun fleiri eldfimar gastegundir (e. combustible gases) brenna hreinum bruna án þess að agnir myndist og hleypir eldur af því tagi einnig öllu ljósi í gegnum sig og myndast þá ekki skuggi.

Stutta svarið við spurningunni er því þetta. Þar sem eldur er rafsegulbylgjur (hiti og ljós) en ekki efni kemur ekki skuggi af eldi. Ef eldurinn inniheldur agnir, til dæmis sótagnir, getur myndast skuggi; þessi skuggi er þó strangt til tekið ekki af eldinum sjálfum. Skugginn er vanalega mjög daufur og getur myndast ef mikið magn agna er í eldinum og ljósgjafinn sem lýsir á eldinn er mun sterkari en eldurinn sjálfur.

Heimildir:

Myndir:

Höfundur

Emelía Eiríksdóttir

Emelía Eiríksdóttir

efnafræðingur og starfsmaður Vísindavefsins

Útgáfudagur

3.6.2014

Síðast uppfært

24.7.2019

Spyrjandi

Hermann Björnsson

Efnisorð

Tilvísun

Emelía Eiríksdóttir. „Hvers vegna varpar eldur engum skugga?“ Vísindavefurinn, 3. júní 2014, sótt 21. nóvember 2024, https://visindavefur.is/svar.php?id=24452.

Emelía Eiríksdóttir. (2014, 3. júní). Hvers vegna varpar eldur engum skugga? Vísindavefurinn. https://visindavefur.is/svar.php?id=24452

Emelía Eiríksdóttir. „Hvers vegna varpar eldur engum skugga?“ Vísindavefurinn. 3. jún. 2014. Vefsíða. 21. nóv. 2024. <https://visindavefur.is/svar.php?id=24452>.

Chicago | APA | MLA

Tengd svör

Skoða öll nýjustu svörin

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki

Senda grein til vinar

=

Hvers vegna varpar eldur engum skugga?
Upprunalega spurningin hljóðaði svona:

Hvers vegna kemur ekki skuggi af eldi en eldur getur búið til skugga af öðrum hlutum?

Þegar lýst er á hlut fer ljósið að hluta til í gegnum hann, það endurkastast af honum eða er gleypt af hlutnum. Styrkur ljóssins sem kemst í gegn og endar á fletinum fyrir aftan hefur því minnkað. Ljósið sem fer hins vegar framhjá hlutnum lendir á fletinum fyrir aftan í fullum ljósstyrk. Við nemum mun á ljósa fletinum og dekkri fletinum og köllum dekkri flötinn skugga hlutarins. Þetta getum við sett fram á eftirfarandi hátt:

$$Skuggi = \frac{Ljósmagn sem fer í gegnum hlut}{Ljósmagn sem fer framhjá hlut}          (1)$$

Því lægra sem hlutfall jöfnunnar er, því sterkari er skugginn og nær hann hápunkti sínum þegar hlutfallið er 0. Ef hlutfallið er hins vegar 1 (eða mjög nálægt einum) myndast ekki skuggi.

Hægt er að búa til eld með því að hita eldfim efni nægilega mikið. Eldfimu efnin ganga þá í efnasamband við súrefni í loftinu. Ef lífrænt efni brennur hreinum bruna myndast koltvíildi (CO2, koltvíoxíð, koltvísýringur) og vatn (H2O). Hreinn bruni gerist þó sjaldan og við venjulegar aðstæður myndast því aðallega koltvíildi (CO2), vatn (H2O) og einnig koleinildi (CO) (koleinoxíð) og sót (kolefnisagnir, Cn). Guli, rauði og appelsínuguli litur eldsins stafar af því að heitar sótagnir geisla eins og svarthlutur (e. black body) þegar þær hitna.

Sót myndast þegar lífræn efni brenna ófullkomnum bruna.

Gas (efni í gasham) er þekkt fyrir að vera gljúpt, það er að segja það er nóg pláss á milli sameindanna og frumeindanna og kemst ljós auðveldlega í gegnum gasið. Eldur er einungis rafsegulbylgjur, afleiðing efnasambanda sem myndast við brunann; við skynjum eld sem hita og ljós. Í eldinum leynast fjölmörg efnasambönd á gasformi en einnig sót, sem þyrlast upp í loftið vegna hitauppstreymis (e. convection).

Gastegundirnar sem myndast við bruna lífrænna efna gleypa nánast ekkert ljós á sýnilega sviðinu, þessar gastegundir verða þess því ekki valdandi að minnka styrk ljóss sem fer í gegnum eld. Sótið getur hins vegar hindrað að ljós sem er beint að eldinum komist í gegnum eldinn; þetta gerist vegna þess að sótið gleypir ljósið sem skellur á það. Á þennan hátt getur eldur hagað sér eins og hluturinn sem rætt var um hér efst. Eldur, eða öllu heldur efni í eldinum, getur varpað skugga en sá skuggi er vanalega mjög daufur. Sýnileiki skuggans ræðst af magni sótsins sem er í eldinum; því meira sót, þeim mun greinilegri verður skugginn. Ljósgjafinn sem lýsir á eldinn spilar einnig stórt hlutverk, ljósgjafinn þarf að vera töluvert bjartari en eldurinn til þess að munur sjáist á ljósinu sem fer í gegnum eldinn og ljósinu sem fer framhjá eldinum. Þessu er hægt að lýsa með jöfnu 2:

$$Skuggi með upplýstum bakgrunni = \frac{X+U}{Y+U}          (2)$$

þar sem X = ljósmagn sem fer í gegnum hlut, Y = ljósmagn sem fer framhjá hlut, og U = upplýstur bakgrunnur vegna ljóss frá eldinum. Nú gildir að X er alltaf jafnt og eða minna en Y, sjá jöfnu 1. Y getur verið meira eða minna en U, það fer eftir ljósgjafanum og ljósstyrk eldsins. Sótagnirnar í eldinum valda ekki mikilli hindrun ljóss í gegnum eldinn, því er X mjög nálægt því að vera 1 fyrir skugga elds; við skulum gefa okkur að X = 0,95 í dæmunum okkar. Y er hins vegar alltaf 1 því það er styrkur óhindraðs ljóss, það er að segja styrkur ljósgjafans. Ef U = 100, það er mun meira ljós frá eldinum fellur á bakgrunninn en kemur frá ljósgjafanum, er hlutfall jöfnunnar 0,9995 og því sést enginn skuggi. Ef U = 0,01, það er mun meira ljós frá ljósgjafanum en eldinum fellur á bakgrunninn, þá er hlutfall jöfnunnar 0,9505 og við gætum séð örla á skugga.

Hægt er að fá fram daufan skugga af eldi sem inniheldur sót ef ljósstyrkur ljósgjafans er nægilega mikill.

Eldur sem stafar af bruna efnis sem inniheldur ekki kolefni myndar ekki sót. Vetni (H2) er dæmi um svoleiðis eldfimt efni. Bruni vetnis er hreinn bruni þar sem vetnið umbreytist alveg í vatn, samkvæmt eftirfarandi efnajöfnu:

$$2H_{2}+O_{2}\rightarrow 2H_{2}O$$

Slíkur eldur hleypir öllu ljósi í gegnum sig og varpar ekki skugga. Mun fleiri eldfimar gastegundir (e. combustible gases) brenna hreinum bruna án þess að agnir myndist og hleypir eldur af því tagi einnig öllu ljósi í gegnum sig og myndast þá ekki skuggi.

Stutta svarið við spurningunni er því þetta. Þar sem eldur er rafsegulbylgjur (hiti og ljós) en ekki efni kemur ekki skuggi af eldi. Ef eldurinn inniheldur agnir, til dæmis sótagnir, getur myndast skuggi; þessi skuggi er þó strangt til tekið ekki af eldinum sjálfum. Skugginn er vanalega mjög daufur og getur myndast ef mikið magn agna er í eldinum og ljósgjafinn sem lýsir á eldinn er mun sterkari en eldurinn sjálfur.

Heimildir:

Myndir:

...