Какие физические явления наблюдаются при горении дров?

При горении дров происходит целый ряд физико-химических явлений, которые можно описать с разных точек зрения.

1. Термохимические реакции: Главным процессом при горении дров является химическая реакция окисления, в которой древесина (органическое вещество, состоящее в основном из углерода, водорода и кислорода) реагирует с кислородом из воздуха. В ходе реакции выделяется энергия в виде тепла и света. Основные продукты горения — это углекислый газ (CO₂), вода (H₂O) и, в случае неполного сгорания, также могут образовываться угарный газ (CO) и другие соединения.

2. Выделение тепла: При сгорании дров высвобождается большое количество тепла, которое повышает температуру в окружающем пространстве. Это тепло может быть использовано для обогрева помещений, приготовления пищи или для других целей. Температура пламени в разных частях пламени может колебаться от 800 до 1200 °C, в зависимости от состава древесины и условий горения.

3. Световое излучение: Горение дров сопровождается выделением света, который имеет жёлто-оранжевый цвет. Этот свет возникает из-за высокой температуры пламени, когда горячие частицы (в том числе уголь и летучие вещества) начинают светиться. В начальной стадии горения пламя может быть ярким и синим (если горят летучие вещества), а по мере того как процесс продолжается, пламя становится более тёплым и желтым.

4. Испарение влаги: Древесина содержит воду, и перед тем как она начнёт гореть, происходит её испарение. Это происходит при температуре около 100 °C, и на первом этапе горения выделяется водяной пар, что снижает температуру пламени. Это явление также можно наблюдать при горении свежесрубленных дров.

5. Образование дыма: В процессе горения древесины, особенно при недостаточном доступе кислорода, образуются твердые частицы сажи и летучие органические соединения. Эти частицы выходят в виде дыма. Чем меньше кислорода при горении, тем более плотным и темным будет дым.

6. Изменение структуры древесины: По мере горения древесина превращается в уголь. Сначала она теряет воду, затем начинают разлагаться органические вещества, в том числе целлюлоза и лигнин. В процессе разложения этих веществ образуются летучие вещества, такие как углеводороды и кислородсодержащие соединения. Оставшийся углерод постепенно превращается в уголь.

7. Термическое расширение и разрушение древесины: В процессе нагрева древесины её структура изменяется, что может привести к трещинам и разрушению. Это явление особенно заметно, если древесина не была предварительно высушена — она может "стрельнуть" или лопнуть при нагреве из-за разницы температур в разных частях бревна.

8. Конвекция и движение воздуха: При горении создаются потоки горячего воздуха, которые поднимаются вверх, и создаётся циркуляция воздуха. Это явление называется конвекцией и способствует распространению тепла и дыма. Тёплый воздух всегда стремится вверх, а холодный — вниз, что объясняет возникновение тяги в каминах и печах.

Всё это вместе образует сложный процесс, который в зависимости от условий горения может варьироваться.