Вопрос про нагревание объекта над пламенем

[A.H.]

Уважаемые физики

Помогите пожалуйста внести ясность в следующий вопрос.

Допустим мы имеем свечу которая горит на открытом воздухе температура которого 0 градусов Цельсия и при нормальном атмосферном давлении, и даёт пламя температура которого +500 градусов. Над пламенем свечи находится металлический объект. Ждем пока система не придет к равновесию и объект не достигнет своей максимальное температуры Х.

Вопросы:
1) Если повторить вышеуказанный эксперимент при температуре воздуха -50 градусов, нагреется ли объект до температуры Х, или его нагревание остановится на меньшей температуре?
2) Если повторить вышеуказанный эксперимент при температуре воздуха +50 градусов, остановится ли нагревание объекта на температуре Х, или он нагреется сильнее?
3) Если повторить вышеуказанный эксперимент при температуре воздуха +600 градусов, нагреется ли объект сильнее чем 600 градусов из за дополнительного тепла от пламени свечи, или останется на 600 градусах?
4) Если повторить вышеуказанный эксперимент обложив свечу и объект теплоизолирующим материалом, т.е. свеча теперь горит не на открытом воздухе, будет ли финальная температура объекта по прежнему Х, или выше/ниже?

Спасибо

[zam2]

Source of the post Допустим мы имеем свечу которая горит на открытом воздухе температура которого 0 градусов Цельсия и при нормальном атмосферном давлении, и даёт пламя температура которого +500 градусов. Над пламенем свечи находится металлический объект. Ждем пока система не придет к равновесию и объект не достигнет своей максимальное температуры Х.
Вопросы:
1) Если повторить вышеуказанный эксперимент при температуре воздуха -50 градусов, нагреется ли объект до температуры Х, или его нагревание остановится на меньшей температуре?
2) Если повторить вышеуказанный эксперимент при температуре воздуха +50 градусов, остановится ли нагревание объекта на температуре Х, или он нагреется сильнее?
3) Если повторить вышеуказанный эксперимент при температуре воздуха +600 градусов, нагреется ли объект сильнее чем 600 градусов из за дополнительного тепла от пламени свечи, или останется на 600 градусах?
4) Если повторить вышеуказанный эксперимент обложив свечу и объект теплоизолирующим материалом, т.е. свеча теперь горит не на открытом воздухе, будет ли финальная температура объекта по прежнему Х, или выше/ниже?

Температура пламени свечи гораздо выше - достигает 1500 Ц.
Температура пламени и предмета будет зависеть от температуры окружающего воздуха, но не сильно.
Если уменьшить теплоотвод из зоны горения, температура повысится. Так как на таких температурах теплоотвод в основном осуществляется излучением, лучше всего окружить зону горения отражающим тепловое излучение материалом (алюминиевой фольгой).

[A.H.]

Спасибо за ответ.

Возможно ли уточнить насколько изменится температура пламени и нагреваемого предмета, хотя бы примерно? Скажем в первых двух примерах при изменении температуры воздуха на +-50, изменится ли температура пламени/предмета на +-20, +-10, +-5?

Не могли бы вы также уточнить нагреется ли предмет выше 600 градусов в третьем примере?

Насчет температуры пламени свечи - все цифры были взяты "с потолка" для иллюстрации вопроса. Пусть вместо свечи будет горелка заправленная топливом температура горения которого 500 градусов при температуре окружающего воздуха 0 градусов. Так же можно не рассматривать возможность плавки "свечи" при 600 градусов.

Спасибо!

[zam2]

Source of the post Возможно ли уточнить насколько изменится температура пламени и нагреваемого предмета, хотя бы примерно? Скажем в первых двух примерах при изменении температуры воздуха на +-50, изменится ли температура пламени/предмета на +-20, +-10, +-5?
Не могли бы вы также уточнить нагреется ли предмет выше 600 градусов в третьем примере?
Насчет температуры пламени свечи - все цифры были взяты "с потолка" для иллюстрации вопроса. Пусть вместо свечи будет горелка заправленная топливом температура горения которого 500 градусов при температуре окружающего воздуха 0 градусов. Так же можно не рассматривать возможность плавки "свечи" при 600 градусов.

Температура пламени и предмета - это разные вещи. Температуру предмета, в первом приближении, можно считать равной температуре окружающей среды. И, если эта температура превысит температуру воспламенения для заданного материала, возникнет пламя. Температура пламени значительно выше температуры воспламенения. Определяется главным образом скоростью и тепловым эффектом химической реакции горения. Поэтому для повышения температуры пламени используют принудительную подачу кислорода (воздуха) в зону горения. Как именно зависит температура пламени от температуры окружающей среды - вопрос сложный. Приблизительно так: повышение температуры воздуха на 50 Ц повысит температуру пламени на 5Ц. Да посмотрите на спичку: при -30 Ц и при +30 Ц горит почти одинаково.
600 Ц - это температура кончика тлеющей сигареты.
Вряд ли есть материал с температурой пламени 600 Ц. Это будет беспламенное "горение", наподобие того, как "горит" влажное зерно в зернохранилище.

[fava]

Source of the post
Уважаемые физики

Помогите пожалуйста внести ясность в следующий вопрос.

Допустим мы имеем свечу которая горит на открытом воздухе температура которого 0 градусов Цельсия и при нормальном атмосферном давлении, и даёт пламя температура которого +500 градусов. Над пламенем свечи находится металлический объект. Ждем пока система не придет к равновесию и объект не достигнет своей максимальное температуры Х.

Вопросы:
1) Если повторить вышеуказанный эксперимент при температуре воздуха -50 градусов, нагреется ли объект до температуры Х, или его нагревание остановится на меньшей температуре?
2) Если повторить вышеуказанный эксперимент при температуре воздуха +50 градусов, остановится ли нагревание объекта на температуре Х, или он нагреется сильнее?
3) Если повторить вышеуказанный эксперимент при температуре воздуха +600 градусов, нагреется ли объект сильнее чем 600 градусов из за дополнительного тепла от пламени свечи, или останется на 600 градусах?
4) Если повторить вышеуказанный эксперимент обложив свечу и объект теплоизолирующим материалом, т.е. свеча теперь горит не на открытом воздухе, будет ли финальная температура объекта по прежнему Х, или выше/ниже?

Спасибо

1-Да нагреется до температуры 500 градусов если теплообмен с окружаюшей средой медленее чем теплообмен с источником нагрева.
2-Нет не нагреется сильнее. Да остановится на температуре Х еслие Х=500. Да нагреется до Х за меньшее время чем в первом случае
3-Останется на 600 градусах.
4-Будет по прежнему Х.

[Дмитрий40]

Я бы в рассуждении перешёл от температуры к энергии. Горение - процесс выделения энергии (окисления). Если сгорел 1 моль вещества - выделилось сколько-то там Дж. Они ушли или в звук (особенно если взрыв), или в кинетическую энергию продуктов горения, или в тепло их же. По условиям рассматриваем только последнее, остальные считаем пренебрежимо малыми. Значит вся выделенная энергия горения уходит в нагрев продуктов горения.
Если теплоёмкость предмета, среды, топлива, воздуха и продуктов горения принять независимой от температуры, то энергия горения будет нагревать среду и тела в ней на одинаковое кол-во градусов.
Т.е. в среде +600°С можно пламенем нагреть предмет до +1200°С ...
Реально - заметно меньше, т.к. будет быстро возрастать тепловое излучение предмета, оно зависит уже не от разницы температур предмета и среды, а от абсолютной температуры предмета, и сильно нелинейно. В излучение и будет уходить всё бОльшая часть энергии горения.

PS. Пример со спичкой не показателен, не думаю что будет заметно возрастание температуры пламени на жалкие 60°С при её значении более 1000°С ... Думаю тут куча других эффектов вмешается и результат может быть любым.

[fava]

Source of the post
Я бы в рассуждении перешёл от температуры к энергии. Горение - процесс выделения энергии (окисления). Если сгорел 1 моль вещества - выделилось сколько-то там Дж. Они ушли или в звук (особенно если взрыв), или в кинетическую энергию продуктов горения, или в тепло их же. По условиям рассматриваем только последнее, остальные считаем пренебрежимо малыми. Значит вся выделенная энергия горения уходит в нагрев продуктов горения.
Если теплоёмкость предмета, среды, топлива, воздуха и продуктов горения принять независимой от температуры, то энергия горения будет нагревать среду и тела в ней на одинаковое кол-во градусов.
Т.е. в среде +600°С можно пламенем нагреть предмет до +1200°С ...
Реально - заметно меньше, т.к. будет быстро возрастать тепловое излучение предмета, оно зависит уже не от разницы температур предмета и среды, а от абсолютной температуры предмета, и сильно нелинейно. В излучение и будет уходить всё бОльшая часть энергии горения.

PS. Пример со спичкой не показателен, не думаю что будет заметно возрастание температуры пламени на жалкие 60°С при её значении более 1000°С ... Думаю тут куча других эффектов вмешается и результат может быть любым.

ОК, я понял в чем ваша ошибка. Всё очень просто.

Представьте себе паровоз с вагонами. Его скорость-это температура. Количество вагонов которые он может ташить это мошность ваших джоулей.

Максимальная скорость какую может выдать паровоз это та самая температура. Сколько не цепляй вагонов, один или десять, а быстрей своих 600 метров в час он не поедет.
Но если у него большая мошность то он с этой скоростью может ташить сто вагонов , а если маленькая то десять.

Просто примите для себя как аксиому. Температура ни при каких обстоятельствах не может быть выше чем у источника.
Сама по себе хим. реакция ничего не значит. Значит только температура при которой она проходит.
Ну это как бы самые азы теплотехники.

[zam2]

A.H.! Если вас интересуют ответы на заданные вопросы, не обращайте внимания на сообщения fava.

[fava]

Это как бы основы теплообмена. Источник будет передавать тепло всему окружаюшему со скоростью зависимой от теплоёмкости обьектов.

Суть в том что если источник выдаёт 600 градусов то сколько вы его не прилагайте к чему либо, другой предмет никогда не станет горячей этих самых 600 градусов сколько бы времени вы его не прикладывали.
Вы путаете два понятия. Энергию тепла и температуру. Забудьте про энергетику, она нам ничего не даст и не привратится в избыточную температуру ни при каких условиях.

[Дмитрий40]

Пламя как процесс горения совершенно очевидно не является источником с фиксированной температурой. Наоборот, пламя - источник с фиксированным энерговыделением (на каждый акт окисления), энергия которого должна куда-то уходить. По условию она уходит лишь на нагрев, среды и предмета. Нагрев - повышение температуры. Так что зажгя пламя с температурой 600°С (при нормальных условиях) в среде с собственной температурой 400°С получим пламя с температурой почти 1000°С. Соответственно и объект можно нагреть до бОльшей температуры.