Αναμμένο κερί

Λονδίνο 1860 και στο ακροατήριο ο βασιλικός σύζυγος πρίγκιπας Αλβέρτος, ο Κάρολος Ντίκενς αλλά και ένα σωρό παιδιά. Είχαν πάει ν’ ακούσουν τον Μάικλ Φαρανταίη σε μια από τις διαλέξεις του για το αναμμένο κερί . « Η χημική ιστορία του κεριού» ήταν ο γενικός τίτλος έξι διαλέξεων που απαντούσαν σε ερωτήματα για τη δομή του κεριού, για το καύσιμο υλικό και για τη φλόγα, για τα προϊόντα της καύσης, τη φύση της ατμόσφαιρας και την αναλογία της αναπνοής με την καύση .

O Faraday ήταν διάσημος για τις εκλαϊκευμένες ομιλίες του πάνω στην επιστήμη. Απευθυνόμενος σε αμύητους χρησιμοποιούσε παραδείγματα από την καθημερινή ζωή και συνόδευε τις διαλέξεις με ζωντανή εκτέλεση πειραμάτων.

Στις διαλέξεις του για το κερί χρησιμοποιούσε διάφορα είδη κεριών από ζωική λίπη, από κερήθρα, από χημικές βαφές, από παραφίνη.

Γιατί καίγεται το κερί ;

Η φλόγα του κεριού εμπεριέχει ένα σωρό φαινόμενα. Η ερμηνεία «αυτού που συμβαίνει» είναι και μια ενδιαφέρουσα συνάντηση της Φυσικής με τη Χημεία.

Τα φαινόμενα είναι :

1. ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ στο φιτίλι για να το ανάψουμε.

2. ΑΥΞΗΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ του φιτιλιού.

3. Συνεχής ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ από το υψηλής θερμοκρασίας φιτίλι προς τον στερεό ακόμα κηρό, ο οποίος συγκροτείται από υδρογονάνθρακες .

4. ΑΥΞΗΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ του κηρού μέχρι το σημείο τήξης

5. ΤΗΞΗ του κηρού.



6. ΤΡΙΧΟΕΙΔΗ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ. Ο ρευστοποιημένος κηρός απορροφάται από το φιτίλι και ανεβαίνει

7. Επιπλέον ΑΥΞΗΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ του κηρού μέχρι το σημείο ατμοποίησης

8. ΑΤΜΟΠΟΙΗΣΗ των υδρογονανθράκων και διάχυση στην ατμόσφαιρα.

9. ΧΗΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ των θερμών ατμών υδρογονάνθρακα με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας. ΚΑΥΣΗ.

10. ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ, κατά την καύση, με μηχανισμό θερμότητας και ακτινοβολίας

11. Όταν ανάψει η φλόγα τα ΘΕΡΜΑ ΑΕΡΙΑ ΑΝΥΨΩΝΟΝΤΑΙ διότι η άνωση είναι μεγαλύτερη από το βάρος τους

12. Στη θέση τους – κάτω – δημιουργείται ΠΕΡΙΟΧΗ ΧΑΜΗΛΗΣ ΠΙΕΣΗΣ

13. Ο ΑΕΡΑΣ ΜΕΤΑΚΙΝΕΙΤΑΙ προς την περιοχή χαμηλής πίεσης. «Έρχεται» να καλύψει το κενό

14. Η ΑΔΙΑΚΟΠΗ ΑΝΟΔΙΚΗ ΡΟΗ ΑΕΡΙΩΝ προσδίδει στη φλόγα το ΜΑΚΡΟΣΤΕΝΟ σχήμα της. Είναι σαν να φυσάει συνεχώς από τα κάτω προς τα πάνω

15. Ο ατμοποιημένος κηρός δημιουργεί διάφορα προϊόντα τα οποία συνενώνονται ΣΧΗΜΑΤΙΖΟΝΤΑΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΑΙΘΑΛΗΣ.

16. Ο ΑΠΑΛΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΣ του κεριού οφείλεται στην αιθάλη.

17. Το ΚΙΤΡΙΝΟ ΦΩΣ στην άκρη του κεριού είναι η ακτινοβολία της πυρακτωμένης αιθάλης, θερμοκρασίας 1200 oC.

18. Η ΓΑΛΑΖΙΑ βάση του κεριού, θερμοκρασίας 1400 oC, οφείλεται σε ακτινοβολία, προερχόμενη από τους δεσμούς άνθρακα-άνθρακα και άνθρακα-υδρογόνου, κατά τη «διαδρομή» των υδρογονανθράκων προς την ατμοποίηση.

19. Όταν φυσήξουμε για να σβήσει το κερί δημιουργείται ΥΠΟΠΙΕΣΗ . Σύμφωνα με τον νόμο Bernoulli, η μεγάλη ταχύτητα συνεπάγεται μικρή πίεση. Εκεί που φυσάμε, η μειωμένη πίεση σημαίνει και μειωμένη πυκνότητα αέρα άρα και μειωμένη παρουσία του οξυγόνου, του αναγκαίου για τη διατήρηση της καύσης.

20. Όταν σβήσει το κερί, με δεδομένο ότι η άνωση στα σωματίδια αιθάλης υπερνικά τη βαρύτητα, Η ΥΨΗΛΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΑΙΘΑΛΗ ΑΝΕΡΧΕΤΑΙ.

Ανάβουμε το φυτίλι, εκείνο αποκτά υψηλή θερμοκρασία και μεταβιβάζεται θερμότητα σε όλο το μήκος του φιτιλιού το οποίο διατηρείται σε υψηλή θερμοκρασία. Με αυτόν τον τρόπο μεταβιβάζεται συνεχώς θερμότητα από το φυτίλι στον κηρό και εκείνος θερμαίνεται και ΛΙΩΝΕΙ . Ο ρευστοποιημένος κηρός απορροφάται στη συνέχεια από το φυτίλι και - λόγω του τριχοειδούς φαινομένου – ΑΝΕΒΑΙΝΕΙ προς τα πάνω.

Η επόμενη συνέπεια είναι ότι τα οι υδρογονάνθρακες – οι οποίοι συγκροτούν το κερί - φθάνουν σε υψηλή θερμοκρασία και ΑΤΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ. Οι ατμοί διαχέονται προς τα έξω, ΑΝΤΙΔΡΟΥΝ ΧΗΜΙΚΑ με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας και οι χημικοί μιλούν για ΚΑΥΣΗ . Κατά τη χημική αυτή αντίδραση απελευθερώνεται ενέργεια με μηχανισμό θερμότητας και ακτινοβολίας.

Ο ίδιος ο Faraday στις διαλέξεις του έλεγε στο ακροατήριό του πως μπορούν να αποδείξουν εμπειρικά ότι αυτό που καίγεται είναι το ατμοποιημένο κερί. Τους πρότεινε να σβήσουν ένα αναμμένο κερί και στη συνέχεια να πλησιάσουν ένα άλλο αναμμένο κερί Β στον αέρα μερικά εκατοστά πάνω από το σβηστό φιτίλι του Α. Θα διαπιστώσουν τότε ότι η φλόγα «τρέχει» μέσω του κορεσμένου με ατμούς υδρογονάνθρακα αέρα και ξανανάβει το φιτίλι.

Ο ατμοποιημένος κηρός δημιουργεί προϊόντα τα οποία σχηματίζουν σωματίδια αιθάλης . Το κίτρινο φως στην άκρη του κεριού είναι η λάμψη της πυρακτωμένης αιθάλης. Η γαλάζια βάση του κεριού οφείλεται σε ακτινοβολία προερχόμενη από τους δεσμούς άνθρακα- άνθρακα και άνθρακα-υδρογόνου στα πολυμερή του κηρού κατά τη «διαδρομή» τους προς την ατμοποίηση και την καύση. Στο γαλάζιο η θερμοκρασία είναι γύρω στους 1400 oC , στο κίτρινο γύρω στους 1200 oC και στο κόκκινο κέντρο της φλόγας γύρω στους 700 oC .

Η μορφή της κατακόρυφης λεπτής φλόγας του κεριού είναι «αποτέλεσμα της βαρύτητας». Τα θερμά αέρα ανυψώνονται αφήνοντας μια χαμηλής πίεσης περιοχή από κάτω τους. Ο αέρας έρχεται να καλύψει το «κενό» .

Ο φελλός ανεβαίνει στο νερό επειδή υπάρχει βαρύτητα. Η ύπαρξη βαρύτητας δημιουργεί ολοένα και μεγαλύτερη πίεση στο νερό καθώς καταβαίνουμε προς τα κάτω. Η μεγαλύτερη τιμή πίεσης στη βάση του φελλού συνεπάγεται μεγαλύτερη τιμή πιέζουσας δύναμης σε σχέση με εκείνη που ασκείται στο πάνω μέρος του φελλού άρα δημιουργεί άνωση.
Με ανάλογο τρόπο τα θερμά  ανεβαίνουν επειδή η άνωση του αέρα είναι μεγαλύτερη από το βάρος τους τροφοδοτώντας τη φλόγα με νέες «προμήθειες» οξυγόνου. Η αδιάκοπη ανοδική ροή αέρα δίνει στη φλόγα το μακρόστενο σχήμα της. Σε συνθήκες ελάχιστης βαρύτητας τα κεριά καίνε -εφόσον βέβαια υπάρχει οξυγόνο - με μια αχνή γαλάζια φλόγα.

Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας
http://users.sch.gr/kassetas/zzzzzzzzCandles.htm