火焰中的對(duì)流

邵珠瑞

我們知道，在地球上火苗是圓錐形的；而在空間站中，桂海潮點(diǎn)燃蠟燭后，火苗卻“長(zhǎng)”成了一個(gè)球形。今天我們來(lái)做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)，看看為什么地球上的火焰會(huì)往上“走”吧。

實(shí)驗(yàn)材料

蠟燭、竹簽、紙、筆、膠帶、點(diǎn)火器、剪刀

操作步驟

1在紙上畫(huà)一個(gè)圓形，在圓形外側(cè)畫(huà)出一個(gè)螺旋形狀的圖案。

2用剪刀沿螺旋形線(xiàn)條剪開(kāi)。

3把竹簽立起來(lái)，將它和蠟燭用膠帶捆在一起。然后將螺旋形紙條的中心圖案對(duì)折一下，把紙條放在竹簽的頂端。

4將蠟燭放在螺旋形紙條的下方，并用點(diǎn)火器點(diǎn)燃蠟燭。

5觀(guān)察紙條是怎樣旋轉(zhuǎn)的。

概念一點(diǎn)通

對(duì)流現(xiàn)象

對(duì)流是指在液體、氣體內(nèi)部，由于各部分溫度不同而造成的相對(duì)流動(dòng)。溫度不同會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)密度的變化——在重力的作用下，溫度較高的部分會(huì)由于密度較小而上升，溫度較低的部分會(huì)由于密度較大而下沉。

在大氣中，對(duì)流現(xiàn)象非常常見(jiàn)。白天太陽(yáng)光照射大地，地表溫度相對(duì)較高，地面附近的空氣會(huì)吸收地表的熱量，溫度升高形成熱空氣，熱空氣密度較小而上升，高空的冷空氣密度大，受重力作用會(huì)下沉，就形成了大氣的對(duì)流，這也是風(fēng)的形成原理。

在水中，也會(huì)因?yàn)闇囟炔煌a(chǎn)生對(duì)流。用水壺?zé)畷r(shí)，靠近底部加熱器的水會(huì)最先吸收熱量，溫度升高，熱水密度小而上升，上部的冷水密度大而下沉至底部。下沉到底部的冷水靠近加熱器后吸收熱量，溫度升高再上升，從而形成持續(xù)不斷的循環(huán)流動(dòng)——對(duì)流，也就保證了整壺水很快就能燒開(kāi)。

知其然，知其所以然

想要揭秘地球上圓錐形火焰和空間站中球形火焰的原理，我們需要先來(lái)了解一個(gè)概念。

原理揭秘

在地球上，蠟燭燃燒時(shí)會(huì)釋放光和熱。燃燒釋放的熱量使火焰周?chē)目諝鉁囟壬?、密度減小，離火焰越近溫度越高、密度越小，離火焰越遠(yuǎn)溫度越低、密度越大。靠近火焰的熱空氣由于密度較小，則會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，而其他地方的冷空氣則因?yàn)橹亓ψ饔醚a(bǔ)充到火焰的附近。冷、熱空氣形成了對(duì)流，而向上流動(dòng)的熱空氣把火焰拉長(zhǎng)了，形成了圓錐體。所以，蠟燭只要是在地球上被點(diǎn)燃，就會(huì)受到重力的作用，產(chǎn)生對(duì)流現(xiàn)象，使火焰始終保持直立和拉長(zhǎng)狀態(tài)。

航天員在空間站里做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，火焰仍然會(huì)加熱其周?chē)目諝?，形成密度不同的冷、熱空氣。但是由于太空中沒(méi)有重力，熱空氣即使密度降低，也不會(huì)向某一個(gè)固定方向流動(dòng)，冷、熱空氣就不會(huì)出現(xiàn)對(duì)流現(xiàn)象了。此時(shí)，冷、熱空氣都保持在原來(lái)的位置，火焰也就保持規(guī)則的球形，并向所有方向輻射熱量。由于沒(méi)有對(duì)流發(fā)生，火焰燃燒所需要的氧氣也就很難向火焰處流動(dòng)，導(dǎo)致蠟燭的燃燒不充分，火焰很小且溫度低，并呈現(xiàn)出藍(lán)色。

輕松答題

廚房里排放熱空氣的油煙風(fēng)扇應(yīng)安裝

在爐灶附近的什么位置？（ ）

A. 上方。

B. 下方。

C. 高度相同的位置。