СВЕЧА ГОРЕЛА НА СТОЛЕ… | Наука и жизнь
Всего-то – чтоб была
свеча,
свеча простая,
восковая,
и старомодность
вековая
так станет в памяти
свежа.
Б. Ахмадулина. Свеча
Наука и жизнь // Иллюстрации
Открыть в полном размере
‹
›
Сначала люди использовали для освещения жилища лучины из смолистой древесины или пучки веток, пропитанных смолой, салом или маслом, а примерно в VI-VII веках до н.э. появились лампы, наполненные касторовым или оливковым маслом, в котором плавал фитиль из льна, пакли или камыша. Затем стали использовать дешевые, но сильно чадящие сальные свечи с фитилем и свечи из пчелиного воска, которые не коптили, издавали приятный аромат, но были дороги. Бездымные свечи из стеарина впервые предложил в 1825 году французский химик Эжен Шёврель, а летом 1837 года в России уже было создано Московское общество по производству стеариновых свечей, открывшее первый свечной завод.
Хотя свечи давно уже вытеснены электрическими лампами, они по-прежнему в ходу и создают праздничное настроение на Новый год, а порой выручают во время неожиданного отключения электричества. Купить свечи любого цвета, формы и назначения – не проблема. Но попробуем сделать своими руками сувенир – например, прозрачную свечу, горящую цветным пламенем. Сначала для самодельной свечи потребуется изготовить фитиль. Фитиль – это своеобразный капилляр, по которому расплав свечной массы попадает в зону горения. Фитили сплетают из хлопчатобумажных нитей. Восковые свечи должны иметь рыхло сплетенный фитиль из толстых волокон, для всех остальных свечей фитили делают из туго сплетенных нитей. Это связано с вязкостью свечной массы в расплавленном состоянии: для вязкого воска нужны широкие капилляры, а легкоподвижные парафин, стеарин и жиры требуют более тонких капилляров, иначе из-за избытка горючего материала свеча станет сильно коптить.
Жировые свечи готовят так: растворяют 45 г алюмокалиевых квасцов и 45 г нитрата натрия в 200 мл воды на небольшом огне и добавляют небольшими кусочками при помешивании 500 г любого жира, нагревая смесь, пока весь жир не расплавится. При желании в свечную смесь можно добавить еще краситель, тогда “тело” свечи будет цветным. Полученный расплав заливают в форму (можно просто в цилиндр из картона или плотной бумаги) с натянутым по оси фитилем. Когда жидкая масса застынет, картон или бумагу разворачивают и вынимают готовую свечу. Она будет гореть без дыма и с небольшим потрескиванием из-за присутствия влаги и нитрата натрия.
Глицериновые свечи делают следующим образом: смешивают при нагревании 5 г желатина, 25 мл глицерина и 20 мл воды до получения прозрачного раствора, затем добавляют 2 г танина, предварительно растворенного в 10 мл глицерина при нагревании. Полученный раствор нагревают до кипения; появившаяся вначале муть постепенно исчезает. Раствор кипятят до тех пор, пока не испарится вся вода. Затем из полученной массы отливают свечи. Глицериновые свечи прозрачны, как стекло, горят спокойно и без дыма, не распространяя никакого запаха. Следует, правда, сделать оговорку: прочными глицериновые свечи получаются не всегда. По всей видимости, это зависит от качества танина.
Стеариновые и парафиновые свечи. Стеариновые свечи готовят из смеси 88 г стеарина, 10-20 г парафина и 2-6 г воска, а парафиновые – из 85-97 г парафина, 3-15 г стеарина или церезина. Смесь указанных компонентов растапливают при перемешивании и заливают расплав в хорошо отполированный внутри металлический цилиндр или форму с натянутым по оси фитилем.
Когда расплав застынет, готовую свечу можно вытолкнуть из металлической формы круглым деревянным стержнем.
Восковые свечи имеет смысл делать дома, если у вас большой запас воска. Такие свечи делают способом “сучения”: фитиль натягивают горизонтально и равномерно облепляют его воском, размягченным в теплой воде. Когда заготовка достигнет нужной толщины, ее начинают катать по гладкой доске плоской дощечкой, чтобы придать будущей свече цилиндрическую форму. Затем свечу обрезают снизу и вытягивают ее верхушку.
Свечи с цветным пламенем. Чтобы добиться цветного пламени уже готовой свечи, надо ее расплавить, удалить фитиль и добавить в расплав соль, вызывающую появление окраски у пламени:
– для желтого пламени требуется добавка поваренной соли, нитрата натрия или хромата натрия;
– для красного пламени – добавка хлорида лития, хлорида стронция либо нитрата стронция;
– для зеленого пламени – добавка хлорида бария или хлорида меди;
– синее пламя получается, если ввести добавку стеарата меди.
Малорастворимый стеарат меди получают, смешивая водный раствор наструганного хозяйственного мыла с концентрированным раствором медного купороса. Выпавший осадок стеарата меди отфильтровывают через марлю и тщательно отмывают водой от примеси сульфата натрия, так как даже ничтожная примесь соли натрия дает желтую окраску пламени, которая “забивает” любой другой цвет.
После введения солей в расплав свечной массы и тщательного перемешивания свечу формуют заново, используя старый фитиль. Если свечи самодельные, то добавку, окрашивающую пламя, вводят уже на стадии получения свечной массы.
А вот два совета каждому, кто зажигает дома свечи:
– перед тем, как зажечь свечу, обмакните ее в соленую воду: свеча не будет оплывать а гореть станет дольше;
– если на верхнюю часть свечи надеть кольцо из алюминиевой фольги шириной 2-3 см, то расплавленная масса с нее не будет капать на стол, и продолжительность горения возрастет.
Литература
Фарадей М.
См. в номере на ту же тему
В. СВИРИДОВ – Зоркое око тьмы
Все о свечах: как горит свеча, температура горения свечи
Одним из материалов для изготовления свечи является воск, который является углеводородом. Пламя горящей свечи растапливает воск вокруг фитиля. Фитиль работает также, как губка, впитывающая капельки воды, поглощает воск и подает его на поверхности свечи, пока она горит. Это явление называется капиллярностью. Если полотенце положить на край тазика с водой и нечаянно уронить край полотенца в воду, то через некоторое уже вся вода из тазика окажется на полу. Вот такой бытовой пример капиллярности.
При нагревании жидкий воск переходит в газообразное состояние (испаряется). Горение- процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций топлива и О2 с выделением тепла.
Уравнения реакции горения:
Восковая свеча 2C15h41COOC31H63+ 139O2=94CO2+ 94h3O
Парафиновая свеча 2C16h44+49O2=32CO2+ 34h3OC17h46+ 26O2=17CO2+ 18h3O
Стеариновая свеча C17h45COOH+ 26O2=18O2+ 18h3O
Пламя
Посмотрим на пламя свечи на Земле (в условиях гравитации).
Пламя имеет каплевидную форму вследствие гравитации и конвекции . Пламя мерцает, и горячие газы поднимаются вверх, а более плотный и холодный воздух, в том числе и кислород опускается вниз ко дну пламени. Этот поток протекает на высоких скоростях и это приводит к турбулентности и нестабильности, которая затрудняет изучение свойств пламени.
Температура внутри пламени неравномерна. Есть более сильно накаленная область, есть менее. Эти зоны можно разглядеть в пламени невооруженным глазом. В районе самого фитиля коричневая точка. Там свет почти не воспринимаем для глаза. Воск тает, выделяются молекулы Н2 и О2 и происходит формирование частиц углерода (С). В темной части пламени температура 3500С-самая холодная часть пламени.
Выше- темная часть пламени с низким содержанием О2, где испаряется парафин, служащая резервуаром для питания следующей зоны, в которой газы подвергаются полному сгоранию. В это зоне температура 6000С -10000С. Это зона термического расщепления, здесь происходит генерация и накопление частиц углерода.
Еще выше- синяя часть горения, расположена в нижней части пламени и по бокам, расположена после “темной” зоны; цвет пламени обусловлен большим количеством кислорода. Температура 12000С: здесь происходит процесс полного сжигания углерода, не успевшего превратиться в СО2. Следующая бесцветная часть пламени-самая горячая зона; температура до 1400°C; почти полное сжигание материала.
Светящаяся зона накладывается на другие зоны: начинается в основной зоне реакции и заканчивается на кончике пламени. углеродные частицы светятся при нагревании желтым светом. Цвет обусловлен свечением частичек сажи (С), уносимых вверх поднимающимся потоком горячего воздуха. В пламени свечи различить отдельные полосы очень легко. Тепловое излучение -положительная обратная связь, поддерживающая горение.
Когда свеча горит, пламя нагревает окружающий воздух, и он начинает подниматься наверх . В то же время холодный воздух и кислород опускаются в основание пламени, заменяя горячий воздух.
Холодный воздух нагревается, поднимается и снова заменяется новыми потоками холодного воздуха у основания пламени. Это создает циркуляцию потока холодного воздуха, которую ученые называют конвекцией потока воздуха. Это перемещение воздуха вверх-вниз происходит только в условиях гравитации.
Но вот, в космосе пламя свечи выглядит совсем по-другому. Проводить эксперименты с огнем на космических станциях опасно, но в 1996 г. на МКС «Мир» были сожжены 80 свечей в целях эксперимента по особенностям горения свечи в условиях невесомости. Фарадей, конечно, знать этого не мог, а то лекции его были бы более интересными.
Свеча, сгорающая на Земле за 10 мин, полностью сгорала на станции за 45 мин. Пламя свечи в невесомости было меньше, холоднее (1000 °С) и напоминает половинку яйца слабо голубоватого цвета, так как нет восходящего движения воздуха, содержащего кислород. Чтобы заснять его на видеокамеру, космонавтам пришлось внести в него дополнительно кусочек воска и снять, как он плавится.
Горение здесь поддерживается за счет молекулярной диффузии, так как тепловое излучение останавливает процесс, не оставляя дыма, охлаждая его. Сажи очень мало, т.к. температура пламени более низкая. Свеча горит без дыма. Образуется меньше паров стеарина или парафина, сам фитиль быстрее сгорает. Поэтому для космоса свечи надо делать из состава, имеющего более низкую температуру плавления, иметь несгораемый фитиль из асбеста. В 1997 г. на станции «Мир» произошел пожар, который был потушен выключением вентиляции. На МКС предусмотрено создание специальной лаборатории по изучению процессов горения, т.к. научиться управлять горением, экономя при этом на топливе, – мечта конструкторов тепловых двигателей, всего человечества.
Майкл Фарадей родился в 1791 г в Англии в семье кузнеца и домохозяйки. К науке родители не имели никакого отношения. С 13 лет он стал работать курьером в книжном магазине, затем учеником переплетчика книг. Ему даже пришлось бросить из-за этого школу, хотя она была бесплатной.
Он перечитал все научные книги в этом магазине, затем переделал все опыты. И это все дало сильный толчок в его развитии. А образования хорошего он так и не смог получить, хотя был очень талантлив. Его сильно поддерживала и его семья в этом начинании, особенно брат. Однажды, музыкант, клиент его магазина дал ему приглашение на курс лекций Гемфри Дэви в Королевский институт. Он сходил на них, а потом написал лектору письмецо с просьбой принять его на работу, приложив к нему переплетенные им самим и записанные ранее лекции Дэви. Дэви тоже оказался из бедной аптекарской семьи, был поражен знаниями Фарадея и, как только вакансия появилась, Фарадея приняли на работу. И первые 10 лет Фарадей вместе с Дэви занимался химией. После окончания войны 1812 г. Дэви решил попутешествовать по Европе и прихватил с собой Фарадея. В этом путешествии Фарадей познакомился с Андре-Мари Ампером и Алессандро Вольтой. В 1821 г. Фарадей собрал первый электродвигатель. А что касается самого Майкла Фарадея, то он был членом множества научных обществ и даже в 1830 г.
стал членом Петербургской академии наук Российской империи. Ведь все рады были принять к себе такого ученого. Его значительным открытием была электромагнитная индукция, человечество научилось вырабатывать электроэнергию в промышленных масштабах. Его называли королем экспериментов, так как за свою жизнь он провел 30000 опытов. Во время Крымской войны британское правительство обратилось к нему с просьбой изобрести химическое оружие против русской армии, но Фарадей посчитал это аморальным. Он был скромным человеком. Он два раза отказался от должности президента Королевского общества, от рыцарского звания и от предложения быть похороненным в Вестминстерском аббатстве, рядом с выдающимися людьми. Последние 9 лет своей жизни он жил в шикарном доме дворцового комплекса королевы, который она отдала ему пожизненно и взяла все расходы на себя. Женат он был на сестре своего друга 46 лет. Но детей не было. Умер в возрасте 75 лет за своим письменным столом. Состояние его здоровья было не очень хорошее, так как он предположительно был отравлен парами ртути, с которой проводил опыты.
Может быть интересно:
- Как проявляется недостаток витамина Д
- Что такое экология
- Откуда берется цвет у неба
- Как работает атомный реактор
- Возникновение вида Homo Sapiens
Научный эксперимент со свечой и поднимающейся водой
Продемонстрируйте силу давления воздуха с помощью этого классного научного эксперимента со свечой и поднимающейся водой! Это один из тех экспериментов, который заставит детей сказать «оооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооо-ооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооле». и «вау!» Я всегда люблю это.
В этом году я веду урок естествознания в средней школе в нашем местном кооперативе, и этот эксперимент был в нашем учебнике. Дети были так впечатлены! Мы добавили к нему еще несколько вариаций и получили огромное удовольствие.
В этом научном эксперименте мы будем исследовать две вещи:
- Как повлияет на пламя свечи помещение на свечу банки?
- Что происходит с давлением воздуха внутри банки, когда свеча гаснет?
Принадлежности, необходимые для научного эксперимента со свечой и поднимающейся водой:
- Тарелка для пирога — можно использовать металлическую или стеклянную, но лучше использовать стекло, так как через него можно видеть
- Свеча для чайной свечи
- A высокая свеча, например, вотив
- Глина для лепки
- Стеклянные банки 2-3 разных размеров. Должно все уместиться над свечами.
- Спички или зажигалка
- Взрослый, который держит пламя
- Мерный стаканчик
- Вода
- Пищевой краситель
Часть 1: Что происходит с пламенем свечи, если накрыть его банкой?
Для начала поместите свечу в тарелку для пирога.
Пока не добавляйте воду. Зажгите свечу и смотрите, как она горит. Как долго он будет гореть? Это должно продолжаться до тех пор, пока не закончится воск, но вам не нужно позволять ему гореть так долго. Пусть пламя горит достаточно долго, чтобы дети могли сказать, что свеча не погаснет сама по себе.
Затем зажгите свечу и накройте ее банкой. Пламя погаснет через несколько секунд!
Мы сравнили банки трех разных размеров, чтобы узнать, как долго продержится пламя. Легко использовать секундомер на телефоне, чтобы засечь пламя.
Одно замечание – обязательно обратите внимание на вместимость банок, потому что форма может быть обманчивой! Мы использовали банку на 6 унций, банку на 13 унций и банку на 24 унции. У нас было две банки по 24 унции, которые казались разного размера, но на самом деле они были одинаковыми, когда мы читали этикетки!
Обсудите с детьми, что пламя погасло, потому что у свечи не было доступа к большему количеству кислорода. Чтобы гореть, пламя должно иметь тепло, топливо и кислород.
Большая банка должна была позволить пламени гореть дольше всего.
Часть 2: Научный эксперимент с поднимающейся водой
А вот и самое интересное!
Наполните мерный стакан водой и добавьте пару капель пищевого красителя.
Поместите свечу в тарелку для пирога. Налейте воду в форму для пирога так, чтобы она едва покрывала дно. Вы не хотите, чтобы вода была очень глубокой.
Зажгите свечу, а затем накройте ее банкой.
Внимательно следите за водой. Как только свеча погаснет, в банку начнет поступать вода! Вода поднимется выше уровня остальной части пироговой тарелки! Наука – это так круто.
Мы попробовали несколько разных комбинаций свечей и баночек, и не все удалось сфотографировать.
Если вы попробуете использовать более высокую свечу с той же банкой, пламя погаснет быстрее, так как оно находится ближе к верхней части банки. Мы использовали обетную свечу, а чтобы сделать ее еще выше, подложили под нее немного глины.
Мы также попробовали более высокую свечу с банкой для соуса для спагетти с более узким отверстием. Из-за узкого отверстия и большой свечи казалось, что вода поднимается НАМНОГО выше!
Но я также знаю, что в банку ДЕЙСТВИТЕЛЬНО попало больше воды. Когда мы делали это в нашем классе, ВСЯ вода была всосана в эту банку, хотя раньше она не всасывалась полностью!
Вместе с банкой соуса для спагетти чайная свеча плавала и выглядела очень круто.
Как работает научный эксперимент со свечой и поднимающейся водой?
Наука, стоящая за этим классным научным экспериментом, очень интересна!
Когда вы зажгли свечу, тепло согрело воздух в банке. Горячий воздух расширился, что привело к повышению давления воздуха. Это заставило крошечные пузырьки воздуха выйти из-под края банки, чтобы выровнять давление. Возможно, вы видели, как во время этой части эксперимента из банки выходили пузырьки воздуха.
Когда свеча погасла, наверху банки образовался конденсат, и воздух в банке остыл.
Давление воздуха в банке упало из-за понижения температуры, что привело к попаданию воды в банку для выравнивания давления.
Когда вы подняли банку из тарелки, вы, вероятно, услышали хлопок, когда крышка сломалась! Изменения давления создавали вакуум в банке.
Получайте удовольствие от науки!
Нужно больше простых идей для научных экспериментов? У нас есть множество проектов, которые идеально подходят для начальной и средней школы.
Вот более 25 крутых научных экспериментов с простыми материалами.
Горящая свеча Эксперимент с поднимающейся водой
113,7 тыс. акций
- Поделиться
- Твитнуть
Ваши дети будут поражены этим простым научным экспериментом с горящей свечой и поднимающейся водой. Этот эксперимент с поднимающейся водой научит ваших детей эффекту давления воздуха.
Эта горящая свеча в воде — один из тех научных экспериментов, которые кажутся магическими.
С помощью всего нескольких предметов и нескольких шагов вы можете продемонстрировать, как поднимать воду внутри чашки или кувшина, даже не прикасаясь к ним.
Приготовьте камеру, ваш ребенок будет потрясен этим удивительным научным экспериментом «Почему вода поднимается вверх»!
Горящая свеча Научный эксперимент с поднимающейся водой
Материалы:
- Тарелка с приподнятым краем или неглубокая миска
- Вода
- Свеча
- Зажигалка или спички
- Напиток стеклянная или стеклянная банка
- Дополнительно: пищевой краситель
- Дополнительно: пластилин
- Рабочий лист эксперимента с поднимающейся водой (инструкции по загрузке внизу поста)
Инструкции:
1. Поместите свечу в центр тарелки или миски.
2. Дополнительно: если ваша свеча не может стоять сама по себе, используйте пластилин, чтобы помочь ей стоять вертикально.
3. Дополнительно: смешайте воду с пищевым красителем в отдельной емкости.
Пищевой краситель помогает лучше видеть поднимающуюся воду.
4. Налейте подкрашенную воду в тарелку (примерно на 1 см в глубину).
5. Зажгите свечу зажигалкой или спичкой.
Если вы используете рабочий лист для эксперимента со свободной поднимающейся водой, вы можете попросить своего ребенка нарисовать на бумаге его предсказание того, что произойдет, если вы поместите стакан над свечой на бумаге.
6. Переверните стеклянную или стеклянную банку вверх дном и поместите ее над свечой.
7. Посмотрите, что происходит с водой, когда огонь еще горит, и что происходит, когда огонь гаснет.
У вашего ребенка отвисла челюсть, когда вода поднялась, когда погасла свеча?
Моему так понравилось наблюдать за внезапным подъемом уровня воды в стакане, что мы повторяли эксперимент снова и снова, пока свеча не перестала гореть.
Не забудьте попросить вашего ребенка написать или нарисовать свое наблюдение на листе подъема воды! Затем читайте дальше, чтобы узнать, почему вода начала течь в банку после того, как свеча погасла.
Наука об эксперименте с поднимающейся водой
Попросите детей сделать обоснованное предположение (гипотезу!) о том, почему вода поднялась, когда погасла свеча, и почему свеча погасла в первую очередь.
Свеча погасла без нашего дуновения, потому что в ней закончился кислород. Пламя израсходовало кислород при горении, а поскольку свеча была заперта в стакане, оно быстро израсходовало доступный кислород. Без кислорода внутри стекла свеча не могла гореть.
Когда свеча еще горела, пламя нагревало воздух внутри стакана. Горячий воздух быстро расширялся и создавал более высокое давление воздуха внутри стекла, чем снаружи.
Чтобы восстановить равновесие, часть воздуха высокого давления внутри вышла из-под стекла. Возможно, вы видели крошечные пузырьки, вырывающиеся из-под стекла.
Когда пламя погасло, воздух внутри стекла остыл. Охлаждающий воздух сжимался, что, в свою очередь, снижало давление воздуха внутри стекла.
Как и раньше, когда воздух вырывался из стекла, чтобы сбалансировать давление воздуха внутри и снаружи стекла, теперь воздух хочет попасть внутрь.
В результате воздух под высоким давлением снаружи стекла давит на воду, нагнетая воду в стакан.
Визуально мы можем видеть, как уровень воды поднимается до тех пор, пока давление воздуха внутри стакана не сравняется с давлением воздуха снаружи стакана.
Science Extensions to Try
Какие переменные можно проверить, чтобы увидеть, как они влияют на подъем воды?
- Используйте горячую или холодную воду вместо воды комнатной температуры. Имеет ли значение температура воды?
- Используйте свечу большего или меньшего размера. Имеет ли значение размер свечи?
- Используйте несколько свечей. Изменяет ли уровень воды увеличение количества свечей (и, следовательно, большее пламя)?
- Вместо воды используйте другую жидкость, например, уксус или молоко. Влияет ли тип жидкости на результат?
- Налейте больше или меньше воды в тарелку. Влияет ли количество воды на то, сколько воды попадет в стакан после того, как пламя погаснет?
- Смените стакан для питья на стакан большего или меньшего размера.
