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火到底是气体、液体还是固体?

 火星科普 2022-06-26 发表于浙江

在这个星球上存在的每一个物体都可以分为三种基本的物质状态:固体、液体或气体。但是,火呢?想象一下,像砖头一样把火拿在手里,或把它装在某种容器中,或把它充入气球……似乎不可能吧?事实上,火并不属于上述的三种物质状态。与火最接近的物质状态是等离子体。

火如何像气体?

在跳到有趣的部分之前,我们先来排除火是气体或固体的可能性(当然它不会是液体,对吗?)那么,为什么火不会是气体呢?在其本质中,火确实与气体有着一些共同特性。就像气体一样,火不具有确定的形状或体积,除非它被限制在适当的容器中。可见的火就是气体仍在化学反应并发出光。然而,如果在一个密闭容器内,火不会像气体一样均匀膨胀。

此外,在磁场的影响下,火焰不能形成诸如细丝、束状和双层的结构。因此,当火处于磁场之中时,它无法作为电磁体,这与固体、液体或气体的情况不符。

并且,物理定律规定,在没有投入更多能量的前提下,不能从给定的物质中提取更多的能量。这个事实消除了火作为固体、液体或气体的最微乎其微的可能性。与物质的三大状态不同,所有类型的火会逐渐消失,永远不能继续存在于其自然状态。例如,如果没有持续提供氧气和易燃材料,壁炉中的火最终将会消失。

等离子体?等离子体!

让我们回头看一下人类早期提出的一些理论——为他们的异常发现给出具体的意义。在著名物理学家和化学家威廉·克鲁克斯爵士于1879年确定了第四种物质状态(等离子体)之前,人们相信物质只有三种状态。在等离子体的概念出现之前,人们认为火实际上是一种独立的元素。

等离子体是质子、中子和电子组成的气体状物质,其中所有的电子已经从它们各自的分子和原子中分离出来,使得等离子体作为一个整体而不是一堆单个原子。除了理论中的暗物质之外,等离子体遍布整个宇宙,是最为丰富的物质——例如,像太阳这样的恒星本质就是一个巨型的等离子体球。

相较于另外两种物质状态,等离子体更类似于气体,但与气体的行为截然不同。这是因为由于自由电子之间缺乏亲和力,彼此不会发生持续的物理接触,这意味着等离子体可以像液体一样流动。因此,等离子体的这种性质使其与气体区分开来。

换言之,火的确切定义仍然是一个谜。科学还不能精确地描述火的本质,但科学家知道火与等离子体最为相似!

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