Практическая работа № 2. Наблюдение за горящей свечой. Устройство и работа спиртовки

Определения и обозначения

Свеча — источник пламени, в котором горючее вещество плавится, поднимается по фитилю и сгорает. Обычно горючим веществом служит воск или парафин. Такое определение помогает понять, что свеча не просто кусок твёрдого топлива: её устройство обеспечивает подачу топлива к огню.

Фитиль — волокнистый материал, по которому расплавленное топливо поступает к зоне горения. Волокна впитывают жидкий воск и проводят его вверх. Поэтому фитиль нужен не только для того, чтобы поджечь свечу: он непрерывно подводит топливо туда, где оно может испариться.

Пламя — светящаяся газообразная область, в которой протекает горение паров топлива. Вокруг фитиля образуются горячие пары воска, смешивающиеся с кислородом воздуха. Это понятие помогает отличать пламя от твёрдого фитиля или капли жидкого воска: они сами по себе не являются всей горящей областью.

Спиртовка — лабораторный прибор для получения устойчивого пламени при сжигании спирта. В её резервуаре находится жидкое топливо, а к пламени его подводит фитиль. Спиртовка нужна для нагревания веществ в кабинете химии, поэтому устройство прибора и правила работы с ним необходимо знать заранее.

Как это устроено

Пламя нагревает верхнюю часть свечи, и твёрдый воск вокруг фитиля плавится. Жидкость поднимается по узким промежуткам между волокнами фитиля благодаря капиллярному действию — так называют движение жидкости по очень узким каналам. Возле горячего конца фитиля воск испаряется, потому что получает достаточно тепла. Его пары смешиваются с воздухом и сгорают, а новая порция топлива продолжает поступать снизу.

В пламени свечи различают несколько зон, потому что топливо и кислород распределены в нём неравномерно. Внутренняя, более тёмная область расположена рядом с фитилём: в ней много паров топлива, но мало кислорода, поэтому горение слабое. Вокруг неё находится светящаяся жёлтая зона; здесь частицы топлива накаляются и светятся, а кислорода для полного сгорания не всегда хватает. Внешняя зона окружает пламя, лучше соприкасается с воздухом и обычно выглядит менее яркой.

Температура и цвет меняются по зонам, потому что в каждой части пламени разное соотношение топлива и кислорода. Там, где кислорода достаточно, пары топлива сгорают полнее и выделяют много тепла. В светящейся жёлтой области горение менее полное: раскалённые частицы дают заметный свет, а иногда образуется сажа. Поэтому по одному только яркому цвету нельзя решить, какая часть пламени горячее; важны условия горения.

У спиртовки есть резервуар для спирта, трубка с фитилём, держатель фитиля и колпачок. Резервуар хранит топливо, трубка направляет фитиль, а держатель фиксирует его и позволяет выставить нужную длину. Колпачок закрывает фитиль и служит для тушения. Благодаря этому топливо поступает к пламени постепенно, а прибор можно безопасно закрыть после работы.

Спирт поднимается по фитилю, испаряется у его верхнего конца и горит, когда смешивается с кислородом воздуха. Без постоянного доступа воздуха пламя гаснет, поэтому его нельзя накрывать посторонними предметами или работать в неподходящем месте. Перед зажиганием под руководством учителя проверяют устойчивость прибора и состояние фитиля, затем подносят зажжённую спичку к фитилю, не наклоняясь над резервуаром. Для тушения накрывают пламя колпачком; прибор не задувают и не трогают, пока он не остыл.

Сравнение свечи и спиртовки

Сравнивайте приборы по строкам: так легче увидеть, что у них общего и чем различаются топливо, устройство и тушение. Особенно важно не переносить способ тушения свечи на спиртовку. При работе соблюдайте правила кабинета и выполняйте действия с прибором под руководством учителя.

Разбор задач

Задача 1. Зоны пламени

Рассмотрите горящую свечу и опишите наблюдаемые зоны пламени, их цвет и расположение. Нужно сначала описать видимые признаки, а затем связать их с условиями горения. Не следует определять температуру только по яркости: в разных зонах неодинаково поступает кислород.

1. Наблюдаем у фитиля более тёмную внутреннюю область. Она находится внутри пламени, потому что здесь сосредоточены пары топлива.
2. Вокруг неё видна яркая жёлтая зона. Она светится из-за раскалённых частиц, а недостаток кислорода может приводить к неполному сгоранию.
3. По краю расположена внешняя зона, обычно менее яркая. Она соприкасается с воздухом и получает больше кислорода.

Ответ: пламя имеет тёмную внутреннюю область, жёлтую светящуюся зону и внешнюю, менее яркую зону. Их расположение связано с разным количеством топлива и кислорода, поэтому отличаются и условия горения.

Задача 2. Почему продолжает гореть свеча

Свеча продолжает гореть после того, как твёрдый воск вокруг фитиля расплавился. Чтобы объяснить это, нужно проследить путь топлива от свечи до пламени. Плавление не уничтожает воск, а только меняет его состояние.

1. Тепло пламени плавит воск возле фитиля, поэтому там появляется жидкое топливо.
2. Расплавленный воск впитывается в волокна и поднимается по фитилю. Так к верхнему концу поступает новая порция топлива.
3. В горячей области воск испаряется, а его пары смешиваются с кислородом воздуха и сгорают.

Ответ: свеча горит потому, что расплавленный воск непрерывно поднимается по фитилю и превращается в пар. Сгорают пары воска, а не твёрдая свеча целиком.

Задача 3. Работа со спиртовкой

Подготовьте спиртовку к работе, зажгите её, отрегулируйте длину фитиля и правильно потушите пламя. Такие действия выполняют только с разрешения и под наблюдением учителя, пользуясь установленными в кабинете правилами. Последовательность нужна, чтобы не пролить спирт, не приблизить огонь к его парам и не обжечься.

1. Убедитесь, что спиртовка стоит устойчиво, корпус и фитиль не повреждены, а прибор холодный. Не доливайте спирт в зажжённую или горячую спиртовку.
2. Если учитель разрешил, поднесите зажжённую спичку к фитилю, не наклоняясь над прибором и не касаясь резервуара. Не пытайтесь регулировать фитиль, пока спиртовка горит.
3. Тушите пламя колпачком, накрыв им фитиль. После этого дождитесь остывания прибора и только с разрешения учителя отрегулируйте длину фитиля для следующего использования.

Ответ: спиртовку зажигают у фитиля, а тушат колпачком. Любые действия с длиной фитиля и подготовкой прибора выполняют по указанию учителя; горящий прибор нельзя оставлять без наблюдения.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что горят твёрдый воск или сам фитиль. Так думают, потому что видят пламя рядом с фитилём и не замечают испарение топлива. Проверьте рассуждение: воск сначала плавится и поднимается вверх, а горят его пары.

Ошибка: подносить горящую спичку к спиртовке сверху или сбоку, не учитывая пары спирта. Из-за этого огонь может попасть не к фитилю, а к воспламенившимся парам возле прибора. Проверка себя простая: следуйте указанию учителя и подносите спичку только к фитилю, не наклоняясь над резервуаром.

Ошибка: тушить спиртовку задуванием. Такой способ не предусмотрен устройством прибора, а движение воздуха может привести к распространению пламени или паров спирта. Убедитесь, что действуете правильно: накройте фитиль штатным колпачком.

Ошибка: сразу после работы касаться спиртовки или её частей. Пламя может погаснуть, но прибор остаётся горячим и способен обжечь. Не проверяйте это рукой: дождитесь остывания и разрешения учителя, прежде чем передвигать или убирать спиртовку.

Связь с другими темами

До этой работы полезно вспомнить признаки горения, роль кислорода и правила обращения с лабораторным оборудованием. Наблюдения за свечой показывают разницу между физическим и химическим явлениями: при плавлении воск меняет состояние, но остаётся воском, а при горении образуются новые вещества. Позже эти знания пригодятся при изучении условий горения, нагревания веществ и безопасной работы в химическом кабинете.

Что запомнить

• При горении свечи сгорают пары расплавленного топлива.
• Фитиль подводит расплавленное топливо к зоне горения.
• Пламя свечи состоит из зон с разной температурой и условиями горения.
• Для горения необходим постоянный доступ кислорода.
• Спиртовка состоит из резервуара для спирта, фитиля, трубки и колпачка.
• Спиртовку зажигают спичкой, а тушат накрыванием колпачком.
• При работе со свечой и спиртовкой необходимо соблюдать правила пожарной безопасности.