История свечи с химической точки зрения

Освоение огня сыграло большую роль в развитии человеческого общества. Наблюдая разрушительного действия огня и в тоже время воочию убеждались, какое действие производит горящее дерево на диких зверей, ощущали действие теплоты. Появление искр наблюдали люди и при сверлении своих орудий труда. Большое внимание уделяется в греческой мифологии Прометею – одному из греческих титанов, похитившему огонь у богов и принесшему его людям. В соответствии с мифами Прометей в наказание был прикован Зевсом к скале, где орел клевал его печень. Образ Прометея и его подвиг был воспет Эсхилом, Гете, Байроном, Шелли и другими писателями и поэтами. Прошли десятки тысяч лет, и человек стал использовать огонь естественного происхождения, и научили его поддерживать. Прошли еще многие тысячелетия, и, наконец, люди открыли способы искусственного получения огня ( трением, высеканием и даже своеобразным выпиливанием). Без свечи нет пламени, огня.

Свечи – это палочки из жирового вещества с фитилем внутри, служащее примитивным источником освещения. Основным компонентом свечи являются соли высших карбоновых кислот. Я при изготовлении использовала твердое хозяйственное мыло.

Основные этапы приготовления свечи:

1. Получение исходного материала (стеарат, глицерин, смесь с воском, внесение красящих веществ, добавление ароматического компонента).

2. Приготовление фитиля:

Я выяснила, что для фитиля лучше всего использовать хлопчатобумажную некрученую нить, и перед тем, как придавать свече форму, вставляя фитиль, необходимо пропитать расплавленной смесью, из которой изготавливается свеча.

3. Литье:

Этот способ распространенный. Форму изготовить просто, используя различные пластмассовые детали. Но нужно помнить, что форма должна быть разъемной, составленной из других деталей. Для лучшей стыковки края их необходимо сначала строчить под углом, величина которого зависит от количества соединяемых элементов. Дном формы послужит лист жести, оргстекла или фанеры. Остывшая масса не прилипнет, если поверхность формы предварительно смазать вазелином, а удержать форму в сборе помогут стяжки из проволоки или резины. Формы также можно изготовить из плотной бумаги или картона.

4. Лепка:

При этом форму свече придают руками, у материала появляется приятный перламутровый оттенок благодаря насыщению его мелкими пузырьками воздуха. Детали будущего изделия лучше всего скреплять и скручивать в теплой воде (+42).

5. Выпрессовка:

Этим способом можно получить сравнительно небольшие простые свечи или фрагменты более сложных. Основа выпрессовки – мелкие формочки из гипса или жести.

Экспериментальная работа

Тема: «Имитация восковых свечей».

Реактивы и оборудование: известь, бараний жир, пчелиный воск.

1. Сначала я бросила известь в растопленный бараний жир для того, чтобы она, упав на дно, увлекла с собой всю грязь от жира, чтобы жир получился чистый. К этому жиру я прибавила 1:3 часть количества жира пчелиного воска. Из этого раствора я делала свечи, которые были очень похожи на обыкновенные восковые.

2. Восковые свечи имеет смысл делать дома, если у вас большой запас воска. Такие свечи делают способом «сучения»: фитиль натягивают горизонтально и равномерно облепляют его воском, размягченным в теплой воде. Когда заготовка достигнет нужной толщины, ее начинают катать по гладкой доске плоской дощечкой, чтобы придать будущей свече нужную форму. Затем свечу обрезают снизу и вытягивают ее верхушку.

ВЫВОД: получились свечи, которые были очень похожи на обыкновенные восковые, и их выпрессовка не сложная.

При горении свечи происходят диковинные вещи. Ведь мы имеем твёрдое вещество, не нуждающееся в резервуаре,- как как может это вещество пробраться туда, где мы видим пламя, не будучи жидким? Или же, если оно превращается в жидкость, как может оно сохраняться, не разливаясь? Преудивительная вещь эта свеча!

Прежде всего, обратим внимание на то, как верхний слой свечи непосредственно под пламенем образует углубление, вроде красивой чашечки. Воздух, притекающий к свече, подымается к верху благодаря току, вызванному теплотой пламени; вследствие движения воздуха внешние слои свечи охлаждаются. Середина тает сильнее, чем края чашечки, так как по середине сильнее всего действие пламени, стремящегося опуститься вниз по фитилю.

Пока воздух равномерно притекает со всех сторон, до тех пор края чашки остаются совершено ровными, и расплавленная масса свечи, плавающая по чашечке, имеет горизонтальную поверхность. Стоит нам лишь подуть сбоку на свечу, как края чашки сейчас же скашиваются, и расплавленная масса свечи вытекает таким образом, что чашка в верхней части свечи образуется благодаря равномерно восходящему току воздуха, охлаждающего со всех сторон наружный слой свечи. Только те вещества пригодны для изготовления свечей, которые при горении способны образовать такую чашечку.

Другой вопрос. На который мы должны ответить,- это следующий: как поступает горючий материал из чашечки по светильне к тому месту, где происходит горение? У восковых стеариновых свечей пламя не опускается по горящему фитилю к горючему материалу, расплавляя его целиком, но остаётся на своём месте, на некотором расстоянии от расплавленной массы и не нарушая целости краёв чашечки. Мы не можем себе представить лучшего приспособления: всякая часть свечи помогает остальным в достижении наилучшего действия. Разве не чудесно видеть, как постепенно сгорает это горючее вещество, как пламя не трогает его, несмотря на то, что пламя это могло бы целиком разрушить воск, если бы дать ему слишком приблизиться к нему?

Каким образом пламя питается горючим материалом? При помощи капиллярного притяжения. Действие этого так называемого каполлярного притяжения оказывается в том, что горючий материал проводится к месту сгорания и там откладывается, и притом не как- нибудь, а как раз в середине очага, в котором происходит процесс горения.

Единственная причина того, что свеча не прогорает вдоль фитиля, состоит в том, что расплавленное сало тушит пламя. Вы знаете, что свеча сейчас же гаснет, если её перевернуть так, чтобы расплавленная масса свечи стекала по фитилю до его конца. Это происходит от того, что пламя не успевает нагреть достаточно сильно притекающий в большом количестве расплавленный горючий материал. Когда же пламя находится в обыкновенном положении, т. е. над расплавленной массой, то новые количества свежей массы расплавляются, постепенно поднимаются по свитильне, и пламя может действовать со всей своей силой.

Теперь мы подходим к очень важному явлению, требующему подробного изучения; иначе вы не будете в состоянии вполне разобраться в том, что представляет собой пламя свечи. Мы имеем в виду газообразное состояние горючего материала.

Мы расскажем вам ещё вот о чём. Форма пламени многих из тех свечей , которые вы здесь видите очень изменчива оттого, что их всё время обдувает воздухом с разных сторон. Однако при желании мы можем придать пламени неподвижную форму и сфотографировать его. И действительно, если мы хотим выделить все его свойства и особенности, нам придётся делать снимки пламени, чтобы его зафиксировать в неподвижности. Если пламя достаточно большое, оно не сохраняет единства и однородность своей формы, а разбивается и вспыхивает с изумительной мощью.

Работа №2 «Изучение пламени объёмного фитиля»

Цель: Доказать отличие пламени объёмного фитиля от пламени свечи.

Для следующего опыта мы возьмём горючее, которое хотя и отличается от свечного сала или воска, но безусловно может их заменить. Вот большой комок ваты, который будет нам служить фитилём. Мы погружаем его в спирт и зажигаем. Смотрите, чем это пламя отличается от пламени обыкновенной свечи. Конечно, отличается в одном отношении – своей подвижностью и мощью, красотой и живностью у которых нету огонька свечи. Взгляните на эти тонкие огненные язычки. Вы видите тоже направление общей массы пламени снизу вверх, но кроме этого вы видите, что из пламени вырываются язычки, чего у свечи вы не наблюдали. Так почему же это происходит? Мы объясним вам: ведь если вы в этом разберётесь как следует, вы лучше сможете служить за ходом нашей мысли при изложении дальнейшего.

Вывод :Из пламени вырываются язычки, чего у свечи не наблюдали.

Работа №3 «Иллюстрации теории пламени»

Цель: Представить разные формы пламени.

Наиболее интересен и доказателен следующий этап работы. Он иллюстрирует теорию пламени. Наливая спирт на блюдо, мы получаем чашку и горючее – те, необходимые условия, которые поддерживают горение, а изюминки будут играть роль фитиля. Мы бросаем изюм на блюдо, зажигаем спирт, и вы видите прекрасные язычки пламени. Они образуются в следствии того, что воздух струиться, как бы вползает в блюдо через его края. Это происходит по тому, что сила тяги и неравномерность действия пламени не дают воздуху течь вверх равномерным потоком. Он вторгается в блюдо так неравномерно, что пламя, которое при других условиях имело бы единообразную форму, оказывается разбитым на многочисленные отдельные язычки, каждое из которых существует независимо от других. Можно сказать, что перед вами множество независимых свечек. Но видя все, одновременно, эти язычки, не думайте, будто пламени свойственна эта форма. В действительности в каждый данный момент эта пламя не имеет такой формы. Сильное пламя, которое вы видели только что на комке ваты, смоченной спиртом, никогда не имеет такой формы, в которой вы его воспринимаете. Дело в том, что оно состоит из множества различных форм, сменяющих друг друга с такой быстротой, что глаз способен воспринять их только слитно.

Вывод: Формы пламени существуют не одновременно, но кажутся нам одновременными, так как мы видим быструю смену этих форм.

Работа №4 «Сравнение пламени на термограммах, снимках»

Цель: Сопоставить визуальное строение пламени с пламенем на фотографиях и термограммах

На фото представлены термограммы свечи. Видно, что температура распределяется самым причудливым образом. Хорошо просматриваются все слои пламени, и показана шкала температур.

Работа №5 «Отражение свечи в зеркалах – мнимых источниках света»

Цель: Доказать,что бесконечное количество отражений в зеркалах – мнимых источниках света – увеличит освещенность поверхности не до бесконечности

Для начала рассмотрим простую задачу. Наша свеча стоит на расстоянии I от стены. В точке α поверхности, лежащей напротив свечи, которая дает силу света I, освещенность Е= I / I2. Заменим теперь стену зеркалом, а с другой стороны свечи, на таком же расстоянии I, поместим второе зеркало, строго параллельное первому. Зеркала будем считать идеально отражающими во всем диапазоне видимого спектра. Возникает бесконечный коридор, или туннель с бесчисленным количеством отражений свечей – мнимых источников, которые тем не менее посылают вполне реальный свет в точку α. И на первый взгляд кажется, что возникает парадокс: бесчисленное множество источников света вроде бы должны дать бесконечно большую освещенность. Но свеча-то, действительный источник света, - одна! Откуда же взялась бесконечно большая энергия? Чтобы разрешит это противоречие, рассмотрим цепочку отражений, лежащих по одну сторону от свечи – на рисунке справа. Свеча отразится в обоих зеркалах, и оба отражения будут лежать на расстоянии I от их поверхностей. Отражение в левом зеркале отразится в правом, появившись на расстоянии 3/ от него. А оно, в свою очередь, даст отражение в левом зеркале на расстоянии 5/ от его поверхности, и так далее – последовательность цепочки отражений видна на рисунке. Поэтому освещенность в точке α, лежащей теперь на Поверхности зеркала, будет

Мы получили бесконечный ряд, первый член которого соответствует условию начальной задачи - он равен освещенности точки, создаваемой одной свечой. Возникает вопрос: конечна сумма членов этого ряда или бесконечна, то есть, говоря языком математики, - сходится этот ряд или расходится? Совершенно ясно, что ряд в виде последовательности натуральных чисел расходится: сумма его членов, которые неограниченно увеличиваются, стремится к бесконечности:

S = 1+ 2 + 3 + 4 + 5 + + n =

Гораздо менее очевидно, что так называемый гармонический ряд, образованный обратными величинами, расходится тоже, несмотря на то, что члены ряда неограниченно убывают:

А ряд вида 1+ сходится, и его сумма S=

Легко заметить, что из него путем вычитания четных членов получен ряд, определяющий величину освещенности. Следовательно, он сходится тоже, давая несколько меньшую сумму:

ВЫВОД: Таким образом, бесконечное количество отражений в зеркалах – мнимых источниках света – увеличит освещенность поверхности не до бесконечности, а только на 23 процента.

Работа №6 «Применение знаний в быту»

Цель: определить количество стекла в стеклопакете пластиковых окон

Вечером зажженную свечу поднесли к окну, сфотографировали.

Вывод:Число отражений горящей свечи свидетельствует о том, что стеклопакет состоит из трёх стёкол.

Данная работа интересная, познавательная. Позволяет сравнивать, сопоставлять, находить решения конкретных проблем.