¿Por qué una llama siempre apunta hacia arriba?

Todos sabemos que el material de baja densidad siempre flotará, como el plástico en el agua.
Asimismo, el aire caliente es menos denso que el aire frío.
Cada vez que hay una llama, el aire a su alrededor se calienta y trata de moverse hacia arriba (flotando), este aire caliente que se mueve hacia arriba fuerza a la llama en su dirección. De esta manera, la llama de un fuego está hacia arriba.
Si no hay gravedad o mini gravedad. Como no habrá dudas sobre la flotación de materia menos densa, la llama no estará hacia arriba. Será de forma esférica.

Debido a la convección flotante. Ver la imagen a continuación

Entonces, lo que hace la convección flotante, simple es la convección inducida.

Entonces, ¿qué crees que pasaría si elimino la convección de la imagen de arriba?

Simple: ¿Qué ves en otra imagen aparte de la convección?

La respuesta es radiación y conducción.

Ahora dime ¿La radiación tiene alguna dirección?

No,
Sí, estás pensando bien, Flame iría esféricamente en ausencia de convección flotante como esta (esto sucede en el espacio)

Al establecer lo que ahora se cree que es el primer experimento de schlieren (usando velas como fuente de luz y objeto de prueba), Sir Robert Hooke en el siglo XVII observó una llama de vela y notó “ el penacho natural creciente de productos de combustión y oxidante ”. como si fuera inherente al proceso de combustión en sí mismo, observando lo que ahora se conoce como flujo flotante o convección natural (Birch, 1757).

La razón principal detrás de este fenómeno es la convección .

A medida que la llama arde, el aire cercano se vuelve más ligero y se mueve hacia arriba. Y la carpeta de aire toma su lugar.

Este proceso continúa mientras la llama esté ardiendo. Con el flujo del aire en proximidad, la llama se alinea solo en dirección ascendente.

Aunque la gravedad también actúa, pero el aire es básicamente gas (mezcla de ellos), el efecto de la gravedad no es significativo sobre el cambio en la densidad del gas debido al calentamiento.

Vea el siguiente diagrama:

Estamos familiarizados con cómo arden las llamas. Que sea una llama de vela en forma de lágrima o un incendio forestal, siempre arde hacia arriba. Analizaremos los detalles más adelante, pero la siguiente imagen publicada por la NASA lo dice todo:

Una ilustración de cómo arde una vela en la tierra y en gravedad cero

La gravedad hace la magia:

Es obvio de la ilustración anterior que la gravedad tiene un papel que desempeñar. Sin embargo, uno no puede evitar preguntarse por qué una llama iría hacia arriba donde hay una fuerte atracción de gravitación como en la tierra y permanecería esférica donde no hay gravedad como en una estación espacial. La respuesta es flotabilidad.

Cuando se inicia un incendio, el combustible se combina con oxígeno para liberar calor, luz, dióxido de carbono, vapor de agua, hollín, etc. La energía térmica generada en este proceso calienta el aire alrededor de la llama, lo que a su vez reduce su densidad ** (un buen La analogía es el vapor de agua que es más caliente y menos denso en comparación con el agua que es más fría y más pesada).

Este aire caliente alrededor de la llama comienza a elevarse y el aire más frío y pesado que lo rodea se precipita hacia su lugar acelerando el aire caliente hacia arriba, lo que a su vez hace que la llama se dispare (una buena analogía aquí es un tronco de madera sumergido en agua. empuja el registro a la superficie). Básicamente, la flotabilidad dispara la llama. Es este aire caliente que corre hacia arriba que también hace que el fuego parpadee.

La siguiente imagen muestra lo que le sucede al aire alrededor de una llama.

Sin embargo, en un entorno de microgravedad, no hay razón para que el aire más pesado caiga y corra hacia el lugar del aire más ligero. Por lo tanto, la llama sigue siendo una gota esférica, como se podría imaginar.

Entonces ahí lo tienes . Una combinación de gravedad y flotabilidad inducida por la gravedad hace que el aire caliente se eleve haciendo que las llamas apunten hacia arriba aquí en la tierra.

FUENTE: ¿Por qué una llama arde hacia arriba?

Por la gravedad.

Verá, los gases se expanden cuando se calientan, lo que a su vez significa que se vuelven menos densos. Si alguna vez has arrojado cosas al azar al agua, sabes que las cosas menos densas flotan en las más densas. Es lo mismo con los gases, el gas caliente de baja densidad flota sobre el gas frío de alta densidad que lo rodea, por lo que la llama cálida es empujada hacia arriba por el frío que lo rodea.

En un lugar de baja gravedad, como la EEI, las llamas no suben porque los gases más fríos no pueden caer para alejarlos, como se muestra en esta imagen de la NASA [1]:

Notas al pie

[1] Publicación de la foto del Centro Marshall de Vuelo Espacial 03-004 (07-01-03)

Todas las respuestas son correctas. Pero una explicación mejor y más intuitiva es clara y simple … Termodinámica y leyes de gases.

La fuente de la llama está cerca del fondo de la mecha. Aunque es difícil notar la diferencia de temperatura, hay un gradiente de temperatura significativo a lo largo de toda la llama que comienza desde muy caliente en el fondo de la llama hasta una temperatura ligeramente más baja en la punta . Inicialmente, el aire alrededor de la mecha está a la misma temperatura, digamos [math] T [/ math]. Pero tan pronto como se enciende la llama, la temperatura en la parte inferior es [matemática] T (1) = T + n (dT) [/ matemática] y la de arriba es [matemática] T (2) = T + m ( dT) [/ math] donde [math] my [math] (dT) [/ math] es la unidad de temperatura por unidad de longitud de la llama.
Ahora, si aplicamos leyes de gases simples, obtenemos que [matemática] kT (1) / V

A partir de la desigualdad mencionada anteriormente, está claro que [matemática] P (1) [/ matemática] por lo tanto, la presión en la parte inferior es menor que en la parte superior, simbólicamente [matemática] P (2) [/ matemática]. Esta condición actúa para formar un gradiente de presión diferencial a lo largo de la llama , lo que hace que la parte inferior se ” abulta ” debido a la presión más baja y la parte superior a ” adelgazar ” hasta un punto debido al aumento de la presión .

El resultado final es una llama que los “puntos” hacia arriba .
El caso puede analizarse cuando la fuente es horizontal, porque los gases tienden a moverse hacia arriba al calentarse, por lo que el gradiente de presión continúa formándose verticalmente, lo que conduce a una llama apuntando hacia arriba.
La imagen muestra el fenómeno muy bien por cortesía: YouTube

Este fenómeno no es exclusivo de las llamas de las velas si lo piensas. De hecho, es cierto para todo tipo de llamas que ocurren en lugares con cierta cantidad de campos gravitacionales. Porque sin gravedad no tendría sentido tratar de definir un Gas o cualquier otra teoría “relacionada con la masa”.

Para simplificar, he mantenido todas las cantidades en el fondo de la llama etiquetadas como “1”, mientras que las de la punta están etiquetadas como “2” a lo largo de toda esta respuesta y en todas las expresiones matemáticas utilizadas.

Editar: Gracias a Soumadeep Saha por señalar esto, acerca de los gases acelerados como los de las antorchas de soplado o los de los motores, bueno, sí, en esos sistemas la llama apunta lateralmente o sea cual sea la dirección del tubo de dirección en consideración. En tal caso, la presión desarrollada también será lateral. Esto conduce a una presión más baja en la fuente de la llama (boca del soplete) y una presión más alta en la punta (donde sea que se coloque en función de la intensidad de la llama).

Te explicare simplemente

Cuando vas a un comedor universitario, hoteles, etc., encuentras ventiladores de escape en la parte superior. La razón detrás de esto es bombear el aire caliente desde adentro hacia afuera para enfriarlo.

¿Por qué aire caliente?
Debido a que el calor tiene menos densidad (la densidad es la masa por unidad de volumen, d∝m, d∝1 / v) cuando el aire calienta las moléculas se separa y se convierte en menos masa y genera menos densidad y sube, esto se debe a la fuerza de flotabilidad. (Si no sabe acerca de la flotabilidad, busque en Google)

aquí la vela se quema y hace que el aire circundante se caliente, lo que hace que disminuya la masa, por lo tanto, hay una disminución de la densidad, por lo que el aire que rodea la llama y justo debajo de la llama se vuelve menos denso y comienza a subir, mientras que al subir el aire, la llama se forma moverse contra la gravedad.

Una llama es la expresión de energía que se libera en forma de luz y calor durante la combustión de gases. El resultado es una mezcla más ligera que el aire que tiende a moverse hacia arriba gracias a la gravedad. Sin embargo, las llamas no siempre se mueven hacia arriba.

Solo por ejemplo, si tiene una cortina en una habitación envuelta en fuego, las llamas cruzarán el techo, movimiento lateral, y una vez que el nivel del techo esté completamente involucrado, las llamas comenzarán a arrastrarse por las paredes opuestas.

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Esto se debe a la convección, que es posible gracias a la gravedad.

El fuego es la parte visible de la reacción química. Dichas reacciones liberan mucho calor, lo suficientemente caliente como para convertir los reactivos circundantes (es decir, combustible y oxígeno) en plasma y emitir luz.

En el centro de la reacción (el fuego) el aire se calienta. El aire caliente es menos denso, por lo que se eleva, trayendo consigo el combustible vaporizado y absorbiendo oxígeno adicional de los alrededores. Con más combustible y oxígeno quemables, el fuego es más vigoroso cuanto más alto va, por lo tanto, la parte más caliente del fuego está en la punta.

A medida que el fuego crece hacia arriba, la llama se alarga en una forma cónica.

A medida que se eleva este aire caliente, el aire frío circundante se aleja y fluye al fondo del fuego para llenar el lugar. Esto mantiene el fuego y también lleva los gases residuales calientes (por ejemplo, CO2) hacia arriba lejos del fuego.

Observe el énfasis en la gravedad. Sin gravedad, el aire caliente no fluye hacia arriba, ni a ninguna parte. El aire caliente solo permanece en el lugar del incendio. El calor se distribuye uniformemente en el sitio en todas las direcciones (en lugar de hacia arriba), dando una llama en forma de cúpula.

A menos que circule aire, los gases residuales calientes (por ejemplo, CO2) permanecerán en el sitio y sofocarán el incendio.

Porque el aire caliente sube y las llamas tienden a estar calientes. El aire caliente se eleva porque es menos denso a la misma presión, y la presión en la llama es aproximadamente la misma que en el aire circundante (o agua, en el caso de oxidación de agua supercrítica, donde las llamas se comportan de la misma manera).

La luz del fuego no siempre viaja hacia arriba.

¿Has visto a un soldador usando una antorcha de soldadura mientras está soldando algunas piezas de metal a un nivel inferior a su posición? ¡La llama no viaja hacia arriba!

Bueno, un fuego abierto tiene gases combustibles u otro material como hierba seca, etc. para mantener la llama. Dado que el aire caliente o la llama son más ligeros que el aire frío circundante, la llama se eleva para que vea que la luz del fuego viaja hacia arriba. Aquí la llama y el material combustible están a presión atmosférica, por lo que la llama caliente, que es más ligera que la presión atmosférica, se eleva hacia arriba.

Una antorcha de soldadura es alimentada por oxígeno comprimido – gas acetileno que están en dos cilindros separados. Solo en la boquilla de la antorcha entran en contacto los dos gases entre sí. Cuando se enciende, la mezcla de oxígeno y acetileno está a una presión más alta que la presión atmosférica circundante, por lo que fluye directamente desde la boquilla de la antorcha y golpea la superficie del metal. Entonces, la llama de la antorcha no viaja inmediatamente hacia arriba como una llama libre del fuego.

Cuando una vela arde. La cera se derrite, se produce carbono e hidrógeno. Se produce vapor, que es más ligero que el aire y los bollos.

Si está cubierto con una jarra, la llama se apagará a medida que se consume oxígeno. el hidrógeno actúa con el oxígeno del frasco y se forman vapores de agua, vistos en la pared del frasco.

Es por la gravedad que van hacia arriba. La gravedad tira tanto de él como del aire. El aire, siendo más frío y, por lo tanto, más denso, ejerce presión sobre la llama más ligera cuando se desplaza. Esa presión es más fuerte en la parte inferior que en la superior y empuja la llama hacia arriba. Eso es flotabilidad; Es lo mismo que hace flotar los barcos.

Cuando la gravedad está ausente, el aire más frío y denso no fluye hacia abajo. Continúa ejerciendo presión sobre la llama desde todas las direcciones, lo que significa que sale como una esfera en lugar de ir hacia arriba. En la estación espacial, la llama parece una esfera.

Debido al flujo de aire alrededor de la llama. La energía de la llama calienta las moléculas de aire alrededor y si la llama no es vigorosa, el flujo tiende a ser laminar, desplazando el aire cercano hacia arriba y continuamente.

Así, la llama tiene forma de gota de agua. Y es bastante fácil de entender como la cosa que la llama parpadea con el viento.

Porque el agua siempre baja y cuando una mujer quiere amor, nadie puede detenerla. Bromas aparte, es una cuestión de condensación, naturalmente tiende a subir porque la materia quemada se vuelve más ligera debido al calentamiento del material, sin embargo, puede hacerlo ir en diferentes direcciones. (por ejemplo, si tiene tuberías que se mueven en una dirección diferente donde la expansión del material debido al calentamiento le permite moverse en otra dirección, lo que hace que el fuego en los edificios sea muy peligroso, ya que la forma en que se construye el edificio indicará dónde se calienta el material será reubicado debido a la condensación del aire dentro del edificio)

La llama aumenta la temperatura del aire, lo que hace que el aire alrededor de la llama sea menos denso que el aire frío lejos de la llama, por lo que siempre hay menos aire más denso, lo que hace que la llama apunte hacia arriba.

Supongo que quieres decir que las llamas se elevan. Sin un fuerte contra viento para cambiar la dirección de los gases producidos. Los gases quemados por el beine son más ligeros que el aire, en parte porque el calor se está expandiendo
. Los gases más ligeros se elevarán en el aire más denso a su alrededor.

Las partículas de aire que están cerca de las zonas calientes se vuelven menos densas. A medida que disminuye la densidad del aire, la presión también disminuye, lo que carga las moléculas de aire de alta densidad y alta presión cerca del fuego para empujar la llama hacia arriba.

Espero que haya ayudado!

La densidad del gas caliente y el aire caliente será menor que el gas frío y el aire frío.

La fuerza de flotación del aire circundante empuja el aire caliente o el gas hacia arriba.

Y la llama (gas caliente) se mueve hacia arriba.