Was ist der Verbrennungsprozess?
Verbrennung bedeutet einfach zu brennen. Damit der Verbrennungsprozess stattfinden kann, sind Brennstoff, Sauerstoff und eine Zündwärmequelle erforderlich, um eine chemische Kettenreaktion auszulösen. In einem Lagerfeuer beispielsweise ist Holz der Brennstoff, die Umgebungsluft liefert den Sauerstoff und ein Streichholz oder Feuerzeug kann das Feuer entzünden. Das Erhöhen eines dieser Elemente erhöht die Intensität des Feuers, während das Eliminieren eines dieser Elemente dazu führt, dass der Prozess gestoppt wird. Wird das Lagerfeuer zum Beispiel mit Wasser oder Schmutz erstickt, kann der Sauerstoff nicht mehr an die Wärme und den Brennstoff gelangen und er erlischt.
Treibstoff
Kraftstoff ist der Stoff, der während des Verbrennungsprozesses verbrennt. Alle Brennstoffe enthalten chemische potentielle Energie; Dies ist die Energiemenge, die bei einer chemischen Reaktion freigesetzt wird. Wie viel Energie ein Stoff beim Verbrennen abgibt, nennt man Verbrennungswärme . Jeder Kraftstoff hat eine bestimmte Energiedichte oder wie viele Megajoule (MJ) Energie pro Kilogramm (kg) des Stoffes erzeugt werden; Methan hat beispielsweise eine Energiedichte von 55,5 MJ / kg, was bedeutet, dass es mit 9,16 MJ / kg mehr Energie liefern kann als Schwefel.
Als Brennstoffe können verschiedenste Stoffe eingesetzt werden, wobei Kohlenwasserstoffe zu den häufigsten zählen. Dazu gehören Methan, Propan, Benzin und Düsentreibstoff, um nur einige zu nennen. Alle fossilen Brennstoffe, einschließlich Kohle und Erdgas, sind Kohlenwasserstoffe. Andere Substanzen, die üblicherweise als Brennstoffe verwendet werden, umfassen Wasserstoff, Alkohol und Biokraftstoffe wie Holz.
Während der Verbrennung wird Kraftstoff in Wärme und Abgas umgewandelt. Wenn Benzin verbrennt, entstehen beispielsweise Wasser (Dampf), Kohlendioxid, Stickstoff, Kohlenmonoxid und andere Elemente. Beim Verbrennen können auch Partikel freigesetzt werden. Hierbei handelt es sich um winzige Partikel, die in der Luft schweben. Diejenigen, die beim Verbrennen fossiler Brennstoffe und von Holz freigesetzt werden, tragen häufig zur Luftverschmutzung bei. Abgase können jedoch zu nützlichen Zwecken eingesetzt werden, z. B. zur Bereitstellung des Schubes, der eine Rakete in die Luft drückt. Das meiste Abgas liegt aufgrund der beim Verbrennungsprozess entstehenden Wärme in Form eines Gases vor, es kann jedoch auch in flüssiger oder fester Form vorliegen.
Sauerstoff
Damit Kraftstoff bei der Verbrennung verbrennt, muss er auch Sauerstoff enthalten. Die häufigste Quelle ist die Luft, die etwa 21% Sauerstoff enthält. Andere Quellen, die oft als Oxidationsmittel oder Oxidationsmittel bekannt sind, umfassen Wasserstoffperoxid, Kaliumnitrat und viele mehr. Wenn ein Oxidationsmittel in einen Brennstoff eingebracht wird, setzt es Sauerstoff frei und kann die Geschwindigkeit erhöhen, mit der das Feuer brennt.
Sauerstoff muss wie Kraftstoff nicht in Gasform vorliegen, obwohl dies sehr häufig vorkommt. In einer festen Rakete wird beispielsweise ein festes Oxidationsmittel mit dem Brennstoff gemischt, um das Treibmittel zu erzeugen, das beim Zünden brennt und die Rakete vorwärts treibt. Das Space Shuttle und andere Raumfahrzeuge verwenden flüssigen Sauerstoff als Teil des Verbrennungsprozesses.
Wenn ein Feuer nicht genug Sauerstoff hat, brennt es nicht vollständig. Diese unvollständige Verbrennung erzeugt Kohlenmonoxid, Kohlenstoff (Ruß) und andere Partikel, die die Luft verunreinigen. Eine unvollständige Verbrennung in einem Kamin oder Ofen eines Hauses kann giftige Gase freisetzen und sehr gefährlich sein.
Hitze
Hitze oder Zündung ist das, was den Verbrennungsprozess startet. Da Wärme auch dann entsteht, wenn etwas brennt, ist nach dem Start des Prozesses nicht immer zusätzliche Wärme erforderlich, um die chemische Kettenreaktion am Laufen zu halten. Der ursprüngliche Funke, der den chemischen Prozess auslöst, kann durch eine Flamme, Reibung oder sogar die Hitze der Sonne verursacht werden.
Bei spontaner Verbrennung kann durch Fermentation oder Oxidation genügend Wärme entstehen, um ein Feuer zu entfachen. In einem Komposthaufen können beispielsweise Bakterien beginnen, die organischen Verbindungen abzubauen, wodurch ausreichend Wärme und Sauerstoff erzeugt werden, um eine Verbrennung zu verursachen. Einige Materialien - sogenannte pyrophore Substanzen - entzünden sich, wenn sie Luft oder Wasser ausgesetzt werden. Phosphor und Plutonium sind zwei Beispiele. Wenn diese Materialien auf eine Brennstoffquelle treffen, können sie ein Feuer auslösen, das sehr schwer zu löschen ist.
Steuerung des Verbrennungsprozesses
Da alle drei Teile für die Verbrennung benötigt werden, wird der Prozess durch Erhöhen oder Verringern der Werte beeinflusst. Durch Erhöhen der Sauerstoffmenge, die einem Feuer beispielsweise durch Verwendung eines Oxidationsmittels zugesetzt wird, wird das Feuer schneller brennen. Durch Entfernen oder Reduzieren der Kraftstoffquelle wird diese kleiner oder stirbt ab.
Es gibt drei grundlegende Möglichkeiten, um den Verbrennungsprozess zu stoppen:
- nehmen sie den brennstoff weg,
- den Sauerstoff entfernen,
- und / oder die Hitze wegnehmen.
Die Verbrennung kann auch gestoppt werden, indem die chemische Kettenreaktion gestoppt wird, die Flammen erzeugt. Dies ist besonders wichtig, wenn bestimmte Metalle - wie Magnesium - brennen, da das Hinzufügen von Wasser zum Feuer es nur stärker macht. In solchen Fällen werden Trockenchemikalien oder Halogenmethane verwendet, um die Reaktion zu stoppen.
Welcher von diesen der beste Weg ist, um ein Feuer zu stoppen, hängt von der Art und der Größe des Feuers ab. Beispielsweise verwenden Feuerwehrleute bei einem Hausbrand Wasser oder Schaum, um zu verhindern, dass Sauerstoff in den Kraftstoff gelangt, und um die Temperatur zu senken. Während Wasser für Waldbrände oder Waldbrände verwendet werden kann, ist es oft wichtig, neuen Brennstoff für das Feuer zu entfernen, indem Pinsel und tote Vegetation aus dem Gebiet entfernt werden, um es zu stoppen.