4.4-Flame

4.4-Flame Important Formulae

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4.4 - Flame
  • A flame is produced when a substance undergoes combustion.
  • It consists of hot gases, glowing particles, and light.
  • Flames are visible due to the emission of light by burning gases and particles.
  • There are three types of flames: luminous, non-luminous, and blue.
  • The color of the flame depends on the temperature and the type of fuel.
  • The heat produced by a flame is due to exothermic reactions.
  • The temperature of the flame can be calculated using the formula: $Q = mc\Delta T$.
  • In a non-luminous flame, complete combustion occurs with a blue color.

4.4 - Flame

In this section, we will study the concept of a flame, its structure, and the different types of flames that can be observed during combustion. Flame is produced when a substance undergoes combustion in the presence of oxygen, releasing energy in the form of light and heat.

Flame is a mixture of hot gases, which may include carbon dioxide, water vapor, and some unburnt particles. The combustion process in flames generally involves the chemical reaction of a fuel with oxygen from the air, resulting in the production of heat, light, and gaseous products.

Structure of a Flame

A typical flame has three distinct zones:

  • Innermost Zone (Inner core) : This is the zone closest to the fuel source. It is usually dark and cooler in temperature as insufficient oxygen is present for complete combustion. This zone has unburnt fuel and is known as the reducing zone.
  • Middle Zone : This is the hottest region of the flame, where the combustion process is complete. The gas particles are fully oxidized, and light is produced in this area.
  • Outer Zone (Outer envelope) : The outermost layer is where oxygen from the surrounding air enters and helps in the complete combustion of the fuel. This zone is typically blue in color and is known as the oxidizing zone.
Types of Flames

There are mainly three types of flames based on the availability of oxygen and the fuel being burned:

  • Luminous Flame : This flame produces a yellow color due to incomplete combustion. It is seen when the fuel is not burning completely due to a limited supply of oxygen. A common example is the flame of a candle.
  • Non-Luminous Flame : A non-luminous flame burns with a blue color and results from complete combustion. This flame is seen when there is an adequate supply of oxygen, leading to the production of a clean flame with less soot. An example is the flame of a gas stove.
  • Smoky Flame : A smoky flame is a result of incomplete combustion, often producing soot particles. It is generally seen when burning substances like kerosene or wood in insufficient oxygen.
Factors Affecting Flame

The type of flame produced depends on several factors, including:

  • Amount of Oxygen: Incomplete combustion, which results in a luminous or smoky flame, occurs when there is insufficient oxygen. Complete combustion, which leads to a non-luminous flame, occurs with an adequate supply of oxygen.
  • Temperature: The temperature at which combustion occurs influences the color and the nature of the flame. Higher temperatures generally produce blue or non-luminous flames, while lower temperatures can lead to yellow or luminous flames.
  • Fuel Type: Different fuels have different combustion properties. For example, natural gas burns with a blue, non-luminous flame, while wood produces a yellow, luminous flame.
Important Formulae

During combustion, the following chemical reaction typically takes place:

Complete Combustion: $C_xH_y + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O + \text{Heat}$

Incomplete Combustion: $C_xH_y + O_2 \rightarrow CO + H_2O + \text{Heat}$

In complete combustion, the carbon in the fuel is fully oxidized to form carbon dioxide, and water vapor is produced as a by-product. In incomplete combustion, carbon monoxide (CO) is produced along with water vapor due to insufficient oxygen.

Understanding the flame is essential to controlling the combustion process for practical uses, such as cooking, heating, and industrial processes.

4.4- Flame

प्रज्वलन के दौरान जब कोई पदार्थ जलता है, तो उसे अग्नि या लौ (Flame) कहते हैं। यह लौ गर्मी और प्रकाश का उत्सर्जन करती है। लौ का निर्माण तब होता है, जब कोई पदार्थ गैस के रूप में जलता है और जलने के कारण उत्पन्न ऊर्जा के कारण इसका तापमान बढ़ता है। यह तापमान इतना उच्च होता है कि इससे प्रकाश भी उत्पन्न होता है।

लौ के विभिन्न भाग होते हैं। लौ को तीन मुख्य भागों में विभाजित किया जा सकता है:

  1. नमक (Innermost part) - यह लौ का सबसे अंदरूनी भाग है और इसमें कोई रंग नहीं होता। यह क्षेत्र गर्म होता है, लेकिन इसमें कम प्रकाश उत्सर्जित होता है। इसे "नमक" कहा जाता है।
  2. जलने वाला क्षेत्र (Outer part) - यह लौ का सबसे बाहरी भाग है, जहाँ अधिकतम तापमान होता है और यहाँ सबसे अधिक प्रकाश उत्पन्न होता है। यह क्षेत्र नीले रंग की लौ उत्पन्न करता है।
  3. मध्य भाग (Middle part) - यह लौ के बीच का भाग है, जहाँ थोड़ा कम तापमान होता है और हल्का पीला रंग दिखता है।

लौ के रंग को प्रभावित करने वाले कई कारक होते हैं, जिनमें जलाने वाली वस्तु, जलने के समय की परिस्थितियाँ और लौ में मौजूद ऑक्सीजन की मात्रा शामिल हैं। यदि पर्याप्त ऑक्सीजन उपलब्ध होती है, तो लौ नीली रंग की होती है, जो कि उच्चतम तापमान को दर्शाती है। यदि ऑक्सीजन की कमी होती है, तो लौ पीली रंग की हो सकती है।

लौ के विभिन्न प्रकार होते हैं। उदाहरण के लिए, द्रव ईंधन जैसे पेट्रोल और तेल की लौ, ठोस ईंधन जैसे लकड़ी की लौ, आदि। इन लौओं की विशेषताएँ और तापमान भिन्न-भिन्न होती हैं।

लौ की संरचना में निम्नलिखित प्रमुख घटक होते हैं:

  1. आग (Fire) - यह जलने वाली प्रक्रिया का परिणाम है, जिसमें एक पदार्थ (ईंधन) जलता है और आग उत्पन्न होती है।
  2. ऑक्सीजन (Oxygen) - जलने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, जो वायुमंडल में उपस्थित होती है। यह आग के जलने में मदद करती है।
  3. ईंधन (Fuel) - यह वह पदार्थ होता है जो जलकर ऊर्जा (गर्मी और प्रकाश) प्रदान करता है। जैसे लकड़ी, कोयला, गैस, आदि।

लौ की ऊष्मा (Heat) का हिसाब लगाने के लिए हम एक सूत्र का उपयोग कर सकते हैं, जो है:

ऊष्मा (Heat) = मास × विशिष्ट ऊष्मा × तापमान परिवर्तन

यह सूत्र यह दर्शाता है कि किसी पदार्थ को गरम करने के लिए उसकी मास, विशिष्ट ऊष्मा (Specific Heat) और तापमान परिवर्तन (Temperature Change) का कितना योगदान होता है।

लौ के रंग और तापमान का संबंध:

लौ के रंग और तापमान का आपस में संबंध है। जैसे ही ईंधन अधिक गर्म होता है, लौ का रंग नीला हो जाता है। यदि तापमान कम होता है, तो लौ का रंग पीला या लाल हो सकता है। इसका कारण यह है कि उच्च तापमान पर अधिक ऊर्जा उत्पन्न होती है और इसका प्रभाव रंग पर पड़ता है।