跳跃的火焰-大学物理实验课件.ppt

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1、跳跃的火焰一.题目 Place a flame(e.g.from a Bunsen burner)between two charged parallel metal plates.Investigate the motion of the flame.（把火焰放在两带电平行金属极板间，探究火焰的运动）二.背景1.火焰成分(本实验采用酒精灯火焰)乙醇火焰主要是由部分电离的粒子（正离子和电子）以及未完全燃烧的碳粒(C2H6O+O2=2C+3H2O)组成。Sugden 和Tbxush 通过实验证明了火焰大约30%的碳颗粒带正电 1。燃烧时主要发生如下反应:完全燃烧时，生成二氧化碳和水（蒸气），并放

2、出大量的热：不完全燃烧时还生成一氧化碳，放出热量：燃烧过程中放热造成部分电离，同时产生大量电磁波，发光发热。1）火在无重力或微重力情况下太空舱中的形状是球形的2。2）有重力时，它的形状受到重力的影响。此时火焰会把它周围的冷空气加热,使之成为较轻的热空气而不断向上升,四周较重的冷空气受地球重力吸引,不断流到火焰的底部,填充热空气上升后留下的空间。所以火焰受空气带动呈现向上的水滴形状。图2 美国航空航天局在微重力时间较长的罗塔中拍摄的现象3.火焰形状三.实验 把酒精灯放在分别相距约20cm,15cm，10cm,直径20cm的两圆形极板中央，极板接高压发生器(J1210)，点燃酒精灯，电压分别调至

3、0V，5kV，10kV,15kV,20kV,25kV,30kV,35kV,观察火焰宽度的变化情况。实验装置图 实验装置图 火焰各部分的偏移 火焰各部分的偏移现象a.火焰(i)部分向电场线方向偏移；火焰(ii)部分略有沿电场线反方向偏移的趋势。以上为电极以上为电极间距为间距为20cm20cm时的情况时的情况电极间距电极间距20cm20cm图 图3 3 电极间距 电极间距15cm 15cm 时不同电压 时不同电压U U下火焰的偏移情况 下火焰的偏移情况0V 0V25kV 25kV10kV 10kV 5kV 5kV20kV 20kV 15kV 15kV30kV 30kV 35kV 35kV 现象b.

4、一段时间以后（平均约4.3秒），电极板间形成离子风，火焰被较大限度向负极板拉扯。并且电源出现明显的嘶嘶声。假设在电场下火焰被电离气体在电场作用下形成的两个带电区域为A,B,其中 B带负电，A带正电。火焰带电示意图 火焰带电示意图 离子风一般也称为电晕风，指的是放电过程中电子雪崩引起的高速离子射流流动，这种离子射流对周围流体流动产生强烈的扰动，形成附加的流体运动，即所谓的电诱导二次流，它将导致对流传热效果的加强。本实验中，由于电压较大，空气电离程度较大，一段时间以后空气中被电离的离子累积到一定程度，在强电场下形成离子风。其中电子质量较小，其对空气的流动趋势几乎无影响，而正离子质量较大，向负极板运动的大量正离子诱导空气向负极板快速运动，此时火焰被快速运动的空气“吹”向负极板，从而形成较大角度的偏移。b.放电后 五.结论 1)放电前，火焰中带电粒子受电场力作用，其偏移随电场增大而趋于明显。2)放电后，形成离子风，诱导气流流动，火焰被很大程度拉伸。谢谢