「冷たい火」を実現するには、自由に移動するエネルギー電子を維持しながら、周囲のガスを冷たく保つ必要があります.
冷たい火 そんな風に裏庭で始められるものではありません。代わりに、この逆説的なスタントを達成するには、完璧な物理的および化学的条件が必要になります.
ただし、「冷たい火」に飛び込む前に DIY」を始める前に、まず、火災の現象と、火災にまつわるよくある誤解について理解しておく必要があります。
火とは…正確に ?
火はしばしばプラズマと定義されますが、これは最初の一般的な誤解の 1 つです。物理学者が火をプラズマと正しく見なすことは非常に困難です。実際には、火は「部分プラズマ」または「ほぼプラズマ」だからです。詳細については、こちらをご覧ください。
自然界で可燃性である物体の酸化が加速すると、火が発生します。燃えている物体の上で輝いたり踊ったりする炎は、多くの場合、火と呼ばれるものです。実際、これは可視光を発する火の一部にすぎません。一方、火はエネルギーを熱として放出する発熱体全体です。
プラズマは、正と負に帯電した同数のイオンからなる高温の電離ガスです。気体に次ぐ物質の第4の状態です。 (写真提供:Dmitri Ma/Shutterstock)
実際の炎は、まだ反応して部分的に電離して可視光を放出しているガスです。一方、プラズマは、分子のかなりの部分 (ほぼすべて) がイオン化されているガスです。もちろん、火とプラズマはどちらも可視光線を放射しますが、プラズマは火よりもはるかに高温です。プラズマアーク溶接を例にとります。ガスを完全にプラズマに変換する電流が流れ、摂氏 20,000 度を超える温度に急上昇します。このプロセスで放出される紫外線は、安全の目装置がない場合でも、溶接工を盲目にするのに十分なほど強力です。しかし、ろうそくのランプがそんなに強いと想像できますか?
私たち全員が同意するよく知られていることは、火が加熱して燃えるということです...では、どのようにして冷却炎を生成しますか?
輝くものはすべて金ではありません。冷たいのは氷だけではありません
プラズマと火の基本的な理解により、ガスを通過する電流がガスをイオン化し、最終的に温度が上昇することがわかりました。
冷たい火を発生させるには、自由に移動するエネルギー電子を保持しながら、周囲のガスを冷たく保つ必要があります。
これを達成する方法は、ガスの熱エネルギーを取り除くことです。このガスは急速にイオン化し、自由電子を簡単に放棄し、高い熱伝導率を持ちます 同時に。私たちの理論が整ったら、やらなければならないことは、私たちの表面的なガスを見つけることだけです.しかし、幸運なことに、物理学者がこの問題を解決してくれています。
ヘリウム
管内にヘリウムガスを吹き付け、先端の電極でガスをイオン化すると同時に、イオン化したガスの熱エネルギーをガラス管に吸収させます。 （写真提供：Pixabay）
希な「ヘリウム」ガスは、必要なすべての特性を満たしています。ヘリウムの流量は、ガスが熱エネルギーを蓄積せず、同時に自由電子を放出するのに十分な速さで循環するように、電極に取り付けられたガラス管内で調整されます。ガスがチューブに沿って流れると、その熱エネルギーがチューブに吸収され、電極に印加された電位によってイオン化されます。ここで行っているのは、原子から熱を奪うことですが、自由電子からは奪いません。
しかし、ちょっと待ってください!
自由電子が高温に寄与しないのはなぜですか?結局のところ、それらはガス内でランダムに動くため、膨大なエネルギーの貯蔵庫でもあります。答えは簡単です。必要な質量がありません。自由電子は、エネルギッシュではありますが、ガスのはるかに重い原子の影に隠れているため、冷たい原子がガスの温度を支配します。
エウレカ! アイスキャンディーを作る時間です。棒の水滴の下に「冷たい火」の炎を当てて、徐々に氷に変わるのを見てください。
別の熱による凍結方法
研究者たちは、準アモルファス焦電薄膜と呼ばれるものを使用して、水の凝固点を操作するさらに別の方法を発見しました。これらの表面は、それらが受ける温度変化に基づいて、それらを流れる電流の量を変化させます.
過冷却とは、液体を固体に変化させずに、液体の温度を凝固点以下に下げるプロセスです。 (写真提供:MO_SES プレミアム/Shutterstock)
焦電面がマイナスに帯電していると、水の凝固点がさらに下がり、凍りにくくなります。ただし、正電荷を持っていると、水を凍らせやすくなります。彼らは、温度が表面電荷を変化させると、過冷却水が加熱されると凍結する可能性があることを観察しました.
驚くべきことですよね？そして、あなたの従来の「裏庭の科学」ではありませんか？この研究分野は常に人類を困惑させ、私たちに先入観に基づいた法則に疑問を投げかけ、まだ書かれていない新しい法則への道を開いています!
