基本的回答是:火焰不一定都需要氧气。
确实有许多火焰是物质与氧气发生化学反应导致的,例如人们平时用的煤气、火柴、蜡烛、木柴、煤炭等等。所以灭火的一个方法,就是隔绝氧气。
但是,也有许多不涉及氧气的化学反应会发出火焰。例如氢气(H2)在氯气(Cl2)中可以燃烧,生成氯化氢(HCl)。另一个例子是,肼(又称联氨,N2H4)跟四氧化二氮(N2O4)一接触就会燃烧,因此这两种物质可以作为火箭发动机的自燃推进剂。
这还没完。更加惊人的是,化学反应之外的过程,也可以产生火焰。对于太阳(以及所有的恒星),这个过程就是核聚变。
在科学史上,太阳的能量来自哪里,长期是一个巨大的谜团。尤其是当人们发现太阳与地球的距离远达1.5亿公里,而地球的半径只有6400公里之后,这意味着从太阳发出的光,只有大约百亿分之4照到了地球上。这么少的比例,就养活了整个地球生态圈,真是太不可思议了!这说明太阳的能源惊人的强大,任何传统的方法都无法产生这么多的能量。
在19世纪,开尔文勋爵曾经设想过,太阳是一个逐渐冷却的液体球,发出内部储存的热。他还和亥姆霍兹提议过,太阳的能量来自引力收缩。但是根据他们的计算,这样的太阳寿命只有2千万年,而当时已经知道地球的年龄至少超过3亿年(现在知道是46亿年)。更搞笑的是,还有科学家提议太阳的能量来自不断的陨石坠落。这个脑洞,足以反映当时寻求解释的绝望程度!
直到20世纪,发现核反应和量子力学之后,人们才逐渐想到,太阳的能量来自核聚变。更具体地说,太阳中主要的核反应是两个氢聚合成一个氦。1920年,第一个提出这个构想的是爱丁顿,就是做实验验证广义相对论的那位。1938年,最后把计算完善的是汉斯·贝特。
爱丁顿
《费曼物理学讲义》中讲到了汉斯·贝特的故事。那天晚上他和女朋友出去散步,女生说:“天上的星星好美呀!”贝特说:“是的,然而现在我是世上唯一知道它们为什么闪烁的人。”女生笑笑,没说话。科学家的浪漫,真是令人忧伤的故事……
首先,宇宙中有氧,实际上,我们地球的元素在宇宙中都有。
当然,太阳“燃烧”并不是因为氧。在研究科学的时候,我们发现的日常词汇已经不足以准确地形容新发现了,或者说,我们已经对熟悉的词语赋予了全新的涵义。
有氧气才能“燃烧”,产生“火焰”,这是我们的日常经验,是我们熟悉的一种化学反应。就其本质来说,燃烧取暖是我们获得能量的方式。在自然界中,特别是宇宙中,实际上还有其他可以产生能量的方式,比如引力收缩(这是太阳最初形成时“点火”的方式),重原子核衰变(目前的核电站就是用这种方式产生能量,),轻原子核聚变(这是恒星产生能量的方式)。
炽热的太阳同样让我们感觉如同被火烤,所以也形容为“火焰”。这是我们所看到的太阳,跟我们日常提到的火炉,看起来的相似性。但是它们的本质过程是有很大区别的。
火炉的燃烧(不管是烧火柴还是烧煤炭还是酒精)是利用分子化学键的断裂和重组产生的化学能,这个能量效率是相当低的,可这也是我们人类直接获得的主要能源方式,所以石油煤炭的燃烧在造成大量的污染,而且储量减少也产生了能源危机。
太阳燃烧就是在太阳中心进行核聚变反应,使4个氢原子核(也就是质子)在极端地高温高压之下,转变成1个氦原子核(包括两个质子和两个中子),同时损失一部分质量转化为能量。在这个过程符合爱因斯坦相对论提出来的“质能方程”E=mc2(c的平方),所以这个公式才会如此有名。相比于我们的化学能源来说,这个能量要高得多得多,所以现在的科学家正在积极的研究如何在地球上实现可控核聚变,比如中国参与的在法国建正在建设的ITer项目,一旦试验成功,就可以或为人类提供源源不断的、几乎可以称之为取之不尽的能源。同样,这也是为什么我们现在的主要大国都在积极地重返月球,因为月球上有进行核聚变的重要燃料氦3(包括两个质子和一个中子)。
太阳看起来非常炽热,夜晚闪烁恒星看起来非常冷,其实这只是因为离我们的距离不一样,他们都是由核聚变反应产生的大火炉。宇宙是非常高能的!
首先,我们要知道火焰的本质是什么,火焰主要是一些高温中性气体分子为主要载体,再加上电离度远小于0.01的弱电离非平衡等离子体。而等离子体则是又叫做电浆,是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质。既不是气态也不是液态,而是完全不同于固态、液态、气态之外的第四种物质存在状态简单来说,就是一群带电的电子群,其均匀分布,类似于一团例子浆糊。
而包括地球的火焰,太阳表面的火焰也是一种等离子气体,而在这个过程中,太阳的氢核聚变产生高温、高压、其密度也很高的情况下,等离子从激发态回到基态时放出能量,就形成了火焰。但在地球上,由于大气层的作用,地球表面气体不是电电离状态,需要一定的氢气燃烧,即将气体利用氢原子的反应产生电离化状态。而太阳表面——日冕上面的的气体本来就是完全电离的。
而太阳本身是分为太阳活动区和静态区的两种,太阳活动区产生的火焰更高,更像是在太空中燃烧,而不是依旧在太阳内部的燃烧,而太阳活动区的燃烧产生的机制在知乎上已有人给出了十分专业的回答。他认为,在太阳活动区的燃烧,即太阳内部的聚合反应如何产生太阳之外的火焰,其实跟太阳的磁重联相关,简单地说就是磁场的联结变化产生的剧烈的太阳活动。
谁说,只有氧气参与,才能有燃烧?其实啊,燃烧这个说法就是热量到了一定程度后就会出现的形式。重原子核衰变,也就是我们大多数核电站产生能量的方式;轻原子核聚变,是大部分的高温星体,尤其是恒星产生能量的方式。
而太阳的燃烧就是这样。在我们夜晚抬头看到美丽的星空(当然现在的环境你很难看到,哈哈哈)里的那些星星,只是离我们远了,其实它们很多都是比太阳更加炽热、更大的星体。从现在主流的说法看:太阳核心处温度高达1500万度,压力呢,相当于3000亿个大气压,太阳随时都在进行着四个氢核聚变成一个氦核的热核反应。
所以,太阳那么大的质量,可以不断的进行大规模的聚变,然后体积变大,变大了之后压力不够、热量不够,就会再度收缩。当压力够了又会再次出现大范围的聚变。所以太阳其实是在时而大、时而小的。当然这也的变化,我们是肉眼看不出来的。
也是这样的机制,让太阳本身不会是一下子爆炸了,而是长期且很稳定在照耀我们。有科学家预测,这样的太阳可以再持续50亿年以上。所以,担心太阳爆炸炸着炸着就没了的,你真的是心里戏太多了。在人类灭绝之前。。。太阳都坚挺着,哈哈哈。
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太阳的燃烧并不依靠氧气,它时时刻刻在发生一种名叫核聚变的反应。
我们知道物质是由分子构成的,而分子是由原子构成的,每个原子中都有质子、中子和电子,质子所带的是正电荷,电子所带的是负电荷,电子会环绕原子核做高速运动。每种元素的电子和质子数量都不是不同的,比如我们造核反应堆经常使用的铀,它是天然元素中最重的原子,有92个质子和92个电子。
核聚变是指由质量轻的原子(主要是指氢的同位素氘和氚)在超高温条件下,发生原子核互相聚合作用,生成较重的原子核(氦),释放出巨大的能量。
太阳内部蕴含着大量的氢气,进行着无比剧烈的热核反应,每秒钟大约消耗掉6.2亿吨的氢,质量减少大约430万吨,转变为氦气,来释放源源不断的热量。
与核聚变对应的还有一种叫做核裂变,它的主角是铀等放射性物质,是一个原子核分裂成几个原子核的变化,核电站一般使用的都是核裂变。 利用核聚变来获取能源是人类的一个梦想,因为不会产生放射性的物质,不会对人类造成危害,据测算,每升海水中含有0.03克氘,所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1升海水中所含的氘,经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。
根据有关报道,中国的超导托卡马克装置已经取得多次放电实验成功。该装置使得中国在可控核聚变研究中领先世界水平,
有答主提到,太阳不是燃烧,因此这个问题根本就没有意义,也没有讨论的必要。
但事实上,将太阳类比成燃烧的火焰是有根据的。
原因至少有两个:
1.从物质构成上来说,火焰、核聚变和太阳大气有深刻的相似之处。
火焰本质上是一团电离气体。在适当的条件下,可燃物发生氧化反应,氧化反应提供的能量使气体电离。电离气体中激发态电子向低能级跃迁,跃迁过程发出可见光,形成我们所看到的火焰。
太阳大气,也同样是一团电离气体。
太阳既不是燃烧的煤,也不是燃烧的天然气,而是燃烧的氢。不是和氧气的化学燃烧,而是自己和自己发生的“核燃烧”,在原理层面和氢弹爆炸是一样的。每秒产生的能量相当于地球上所有煤炭资源产生能量的1000倍。
太阳是太阳系的中心天体, 现在太阳质量的大约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦,包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%,采用核聚变的方式向太空释放光和热。
太阳不断地释放出巨大的能量。巨大能量来源于太阳内部的热核聚变。对太阳光谱的分析得知,太阳含有极其丰富的氢元素,按质量计约占71%。氢核在几百万度(K)高温下即可聚变成氦核,而太阳中心处于极高温(即1500万K)和极高压(2000亿个大气压)状态下,四个氢核聚变成一个氦核,从而释放出巨大能量。
爱因斯坦在狭义相对论中指出,质量和能量可以互相转化,其转化公式为:E =mV2。式中E为能量,m为质量,V为光速。现将0.007代入上式得:E=0.007×(3×1010)2≈6.21×1011J,即是说1g氢核聚变为氦核时,能产生6.21×1011J的热能,相当于燃烧2700t标准煤所发出的热量。按照上述计算,太阳从诞生到现在仅损耗了其总质量的0.03%,维持了50亿年的光能辐射。估计太阳寿命约100亿年,其质量的损耗也不过是总质量的0.06%。
燃烧反应和太阳核聚变,都不可避免的激发原子的电子到激发态。电子在跃迁过程中发出可见光,这是火焰的最本质来源。
氢气能在氯气中燃烧,镁能在氮气中燃烧,说明燃烧本质上和氧气就没关系。
等离子体(火焰)产生 燃烧 剧烈的氧化反应 氧气参与的剧烈氧化反应
太阳的成分71%是氢,27%是氦剩下的2%是其他的元素.太空中最多的元素是氢,当太阳在50亿年前形成的时候,许多氢被吸收聚集在一起,由外往内产生了巨大的压力及温度,产生了核融合反应,点燃了恒星之火,从此源源不绝地发光发热.
太阳如何燃烧:
太阳是自己发光发热的炽热的气体星球.它表面的温度约6000摄氏度,中心温度高达1500万摄氏度.太阳的半径约为696000公里,约是地球半径的109倍.它的质量为1.989×1027吨,约是地球的332000倍.太阳的平均密度为1.4克每立方厘米,约为地球密度的1/4.太阳与我们地球的平均距离约1.5亿公里.
太阳的结构从里向外主要分为:中心为热核反应区,核心之外是辐射层,辐射层外为对流层,对流层之外是太阳大气层.
从核物理学理论推知,太阳中心是热核反应区.太阳中心区占整个太阳半径的1/4,约为整个太阳质量的一半以上.这表明太阳中心区的物质密度非常高.每立方厘米可达160克.太阳在自身强大重力吸引下,太阳中心区处于高密度、高温和高压状态.是太阳巨大能量的发祥地.
太阳中心区产生的能量的传递主要靠辐射形式.太阳中心区之外就是辐射层,辐射层的范围是从热核中心区顶部的0.25个太阳半径向外到0.86个太阳半径,这里的温度、密度和压力都是从内向外递减.从体积来说,辐射层占整个太阳体积的绝大部分.
太阳通过热核聚变,靠燃烧集中于它核心处的大量氢气而发光,平均每秒钟要消耗掉600 万吨氢气.就这样再燃烧50亿年以后,太阳将耗尽它的氢气储备,然后核区收缩,核反应将扩展发生到外部,那时它的温度可高达1 亿多度,导致氦聚变的发生.
根据恒星演化学说,恒星内部一旦进行热核反应,就进入了相对稳定时期.而且质量大的演化快,稳定期短;质量小的演化慢,稳定期长.太阳的质量大约是2000亿亿亿吨,所以它的稳定期为100亿年.科学家们推算,太阳目前正于它的“中年”——50亿岁,也就是说太阳还能再活50亿岁.
随着时间的推移太阳的直径继续增大,最后成为一个行星状星云,并在中心留下一颗超密度白矮星.在这种白矮星里一块火柴盒大小的物质就重达1吨左右.白矮星没有核反应,它是恒星核反应结束以后留下的残骸,依靠收缩自己的体积来继续辐射出微弱的能量,最后将变成一颗不发光的黑矮星.
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