Как определить состояние свечи: Страница не найдена —

Содержание

Как определить состояние двигателя по свече зажигания — новости на сайте AvtoBlog.ua

Прежде чем выкручивать свечу тщательно очистите от грязи  пространство вокруг свечи, чтобы грязь не попала в цилиндр.

Посмотрите на фотографии и запомните как выглядит свеча при различных состояниях двигателя.

На фото 1 нормальное состояние свечи. Серо-коричневый цвет и незначительный износ электродов. Калильное значение свечи соответствует типу двигателя и общему его состоянию.

На второй фотографии показана свеча с чёрным нагаром на юбке изолятора. Это говорит о переобогащённой смеси и повышенном расходе горючего. Неправильно отрегулирован карбюратор или неисправен инжектор. Возможно засорён воздушный фильтр.

На третьем фото показано состояние свечи при чрезмерно бедной воздушно-топливной смеси. Цвет электрода от светло-серого до белого. Это опасное состояние. При езде на очень обедненной смеси и повышенных нагрузках происходит значительный перегрев как самой свечи, так и камеры сгорания, что может привести к прогоранию выпускных клапанов.

На фото 4 юбка центрального электрода имеет красноватый оттенок, похожий на кирпич. Такой цвет юбки обусловлен наличием в топливе большого количества присадок содержащих металл. Длительная работа двигателя на таком топливе приведёт к отказу свечи так как толстый налёт от присадок проводит электрический ток.

Свеча на фото 5 замаслена, особенно это заметно на резьбовой части. Это говорит о том, что изношены маслоотражающие колпачки.  Двигатель с такими свечами обычно троит после запуска и заметен бело-сизый выхлоп из глушителя, но по мере прогрева работа стабилизируется. Двигатель расходует масла больше нормы.

Эта свеча (фото 6) вывернута из неработающего цилиндра. Юбка и центральный электрод покрыты маслом, капельками не сгоревшего топлива и частицами металла. Такое может быть из-за разрушения клапана или повреждения поршня. При заведенном двигателе он троит всё время, мощность значительно падает, расход топлива возрастает в полтора раза.

На фото 7 мы видим полное разрушение центрального электрода вместе с керамической юбкой. Такое происходит из-за длительной детонации двигателя при использовании низкооктанового бензина. Причиной может быть также очень ранее зажигание. Возможен также брак свечи. Естественно, что при заведенном двигателе он троит.

На фото 8 электрод свечи оброс зольными отложениями. Они могут быть как белыми так и чёрными. Такое происходит при сильном износе или залегании маслосъёмных поршневых колец. В следствии этого отмечается повышенный расход масла. При перегазовке из выхлопной трубы идёт сильный дым похожий на мотоциклетный.

Как по свечам зажигания определить состояние двигателя машины

Свечи зажигания очень важны для работы двигателя. По внешнему виду свечи можно сказать как работает двигатель.

Перед тем как осматривать свечи сначала двигатель должен проработать достаточно долго и только потом можно что – то сказать определенное.

Иногда водители сами совершают ошибки и тем самым делают выводы о поломки свечей, например, после того как поехали, не прогрев машину во время минусовой температуры сначала откручивают свечу видят черный нагар и делают вывод что произошла поломка.

Но такой нагар мог появится так как машина начала свой путь не разогретой до конца. Лучше всего завести машину по правилам, проехать м 200 – 300 т потом уже приходить к мнению о состоянии свечи.

  1. Работу двигателя можно считать отличной тогда, когда юбка свечи имеет светло коричневый цвет нагара и минимум отложений на свече. Если отсутствуют следы масла на свече, то хозяину двигателя остается только позавидовать.
  2. Если свеча большим расходом двигателя, то она будет работать так сверху на электрода будет бархатисто – черный нагар. Такая проблема может возникнуть из – за когда не правильно работает карбюратор а именно сама регулировка у карбюратора или если засорился инжектор.
  3. Когда наоборот не хватает масла до свечи, то цвет того же самого электрода светло — серый или вовсе белый. Вот в такой ситуации необходимо начать беспокоиться. Во время езды при нагрузках машина может очень сильно нагреться
  4. Если свеча красноватого оттенка, больше похож на цвет кирпича. То тогда двигатель работает на избыточном топливе. Если долгое время не принимать мер то свеча в скором времени просто перестанет работать.
  5. У свечи на резьбе остаются следы от масла. Двигатель начинает троить после того как глушите машину. После того как машина начинает прогреваться, то троить перестает. Проблема возникает из – за того, что маслоотражающие колпачки работают неисправно. Сразу понятно, что идет большой перерасход масла.

Важно: Всегда надо смотреть за свечами и если есть какие – то намеки на поломку лучше сделать, сразу но не тянуть.

Если не хотите тратить много денег, тогда стоит заменить сразу свечи. В случае их плохой работы. Так как в дальнейшем при поломке мотора денег придется потратить намного больше. Если сами ничего не понимаете можно съездить в автосервис. Специалисты определят, что поломалась и что надо починить в первую очередь.

Проверка свечей должна производится после каждых 30 тыс. км. пробега. Первоначально может быть удаление нагара. Чтоб удалить нагар необходимо приобрести металлическую щетку.

Прежде всего, это регулировка зазора до требуемой величины, удаление нагара. Также можно еще менять свечи местами, тем самым и будет меняться температурный режим.

А лучше всего обратится к специалисту за помощью, так как там потратите немного денег, но если доведете двигатель до критического состояния. ТО тогда придется выложиться по полной. Или просто продать машину так как замена двигателя является дорогостоящей.

Диагностика двигателя по цвету нагара свечи и правильный их подбор.

Нагар на свечах зажигания появляется в любом случае — выступающая в камеру сгорания часть свечи подвержена колоссальным тепловым и механическим перегрузкам, а также воздействию агрессивной среды.
Поэтому металл электродов и поверхность теплового конуса изолятора постепенно покрываются налетом толщина и цвет которого зависят от многих факторов, основными из которых являются:

Свеча зажигания, длительно работающая в номинальном режиме, соответствующем ее тепловой характеристике, имеет нагар желто-коричневого цвета небольшой толщины. Такой нагар или налет свидетельствует о нормальной работе двигателя и его систем.
Если же нагар на электродах свечи и тепловом конусе изолятора имеет черный, белый или красный оттенок или цвет — необходимо провести диагностирование двигателя и устранить выявленные неисправности.

Свечи зажигания, вывернутые из двигателя, являются своеобразным индикатором, позволяющим оценить правильность работы и диагностировать неисправности механизмов двигателя и его систем, в особенности – систем питания и зажигания.
Нагар, который всегда присутствует на электродах и тепловом конусе свечи зажигания, позволяет оперативно выявить неисправности и принять правильное решение по их устранению. При этом можно диагностировать не только работу двигателя в целом, но оценить техническое состояние каждого из цилиндров, а также сделать вывод о правильности выбора типа свечей зажигания для данного двигателя.

Если двигатель и его системы функционируют в нормальном режиме, электроды и тепловой конус свечей зажигания имеют нагар от светло-серого до светло-коричневого цвета. Любые другие цвета и оттенки нагара свидетельствует о неисправностях или нештатной работе механизмов или систем двигателя.

Ниже приведена таблица, в которой приведены возможные цвета нагара на элементах свечи, характеризующие те или иные неполадки в работе двигателя, а также рекомендации по устранению этих неполадок. Следует отметить, что для правильной оценки состояния двигателя по цвету нагара на электродах свечи зажигания, необходимо, чтобы двигатель достаточно долго поработал на всех режимах.

И лишь после этого свечи можно вывернуть и тщательно изучить налет на электродах и тепловом конусе.

При подборе свечей зажигания следует учитывать рекомендации завода-производителя автомобильного двигателя, поскольку неправильно выбранные свечи могут привести не только к снижению динамических, экологических и экономических показателей работы двигателя, но и привести к отказу элементов системы зажигания, износу и поломке деталей цилиндропоршневой группы, и другим неприятностям технического характера. А в процессе эксплуатации не поленитесь периодически проверять нагар на свечах – он может многое поведать о состоянии двигателя и его систем.

Цвет нагара на электродах и тепловом конусе свечи зажигания

Наиболее вероятная причина отклонения цвета нагара от нормы

Рекомендации по устранению неисправностей и неполадок

От светло-серого до светло-коричневого (нормальный цвет свечи)

Работа двигателя и его систем может быть оценена, как нормальная, а характеристика свечей соответствует типу двигателя

В случае, если толщина нагара минимальна, на электродах нет следов выгорания, и тепловой конус не поврежден, свечу можно ввернуть на место.

Беловато-серый цвет нагара

Свидетельствует о чрезмерном обеднении воздушно-топливной смеси, особенно в режиме средних нагрузок. Такой нагар может образовываться при неправильной дозировке топлива системой питания, использовании некачественного топлива, слишком раннем зажигании, либо подсосе воздуха во впускном тракте. Дальнейшая эксплуатация двигателя при таком составе смеси может привести к перегреву камеры сгорания, подгоранию фасок клапанов.

Проверить и отрегулировать на стенде карбюратор или протестировать работу датчиков электронной системы управления двигателем.

Белый нагар с сероватым оттенком

Такой нагар также свидетельствует о бедной смеси, раннем или калильном зажигании. При этом калильное зажигание вероятнее всего имеет место из-за неправильного подбора свечей зажигания – они слишком «горячие». Характерными признаками калильного зажигания являются оплавленные электроды.

Проверить как ведет себя двигатель при выключении зажигания – калильное зажигание проявит себя в нежелании двигателя глохнуть. Свечу следует поменять, уточнив рекомендуемую тепловую характеристику для данного двигателя. Прочие возможные неполадки аналогичны рассмотренным в предыдущей строке.

Белый налет на электродах либо электроды и тепловой конус чистые и мокрые

Белый налет (не нагар!) появляется при попадании антифриза в цилиндр двигателя. Такая неисправность сопровождается белым цветом отработавших газов на выхлопе, а свечи имеют сладковатый запах. Уровень масла в смазочной системе поднимется выше нормы, а в расширительном бачке или верхнем бачке радиатора во время работы двигателя возможно появление пузырьков воздуха или бурление.

Проверить возможные места утечки охлаждающей жидкости в цилиндры и устранить выявленные неисправности. Наиболее вероятные причины попадания жидкости в цилиндры – прогар прокладки головки блока, трещины в головке блока, гильзах или блоке цилиндров. Свечи, как правило, работоспособность не теряют, их необходимо почистить и просушить.

Грязно-белые (свинцового цвета) пористые отложения

Нагар такого цвета обычно имеет запах сероводорода (тухлого яйца). Наиболее характерная причина образования такого нагара — использование чрезмерно этилированного бензина с антидетонационными присадками.

Если боковые и центральные электроды не имеют следов прогара, свечу можно очистить пескоструйным аппаратом или прожечь, после чего она может быть использована для работы. Некачественное топливо необходимо заменить.

Бархатисто-черный цвет нагара из сухой копоти или влажный глянцевый нагар черного цвета

Такой нагар характерен для свечей зажигания, когда система питания чрезмерно обогащает горючую смесь. Побочные признаки излишнего обогащения смеси – повышенный расход топлива и явный запах бензина в нагаре.

Регулировка карбюратора или системы управления подачи топлива (в инжекторном двигателе), проверка состояния воздушного фильтра. Наиболее вероятные неисправности системы управления впрыском топлива – отказ датчиков массового расхода воздуха (ДМРВ), датчика кислорода (λ-зонда), неисправность форсунок, заедание привода дроссельной заслонки.

Глубокий черный нагар в виде твердого шлака с маслянистым блеском

Маслянистый черный шлак на изоляторе, сопровождающийся повышенным расходом масла в системе смазки двигателя, свидетельствует о попадании смазочного материала в камеру сгорания. Это может быть вызвано неисправностью маслосъемных колец на поршнях или маслосъемных колпачков на клапанах ГРМ, чрезмерным износом или залеганием компрессионных колец, а также направляющих втулок клапанов.

Произвести углубленную диагностику деталей цилиндропоршневой и клапанной группы, устранить выявленные неисправности, после чего поменять свечи зажигания.

Чёрная копоть на электродах и тепловом конусе свечи

Нагарообразование на свечи черного цвета, напоминающее замшу, может возникнуть в результате неправильно определённой тепловой характеристики свечи для данного двигателя и режима эксплуатации. Скорее всего свеча слишком «холодная», при этом не происходит ее самоочищения. Наиболее характерная причина – городской цикл езды, сопровождающийся невысокими скоростями и частыми остановками.

При отсутствии «горячих» свечей можно очистить с имеющихся копоть и продолжать их эксплуатацию. Но лучше поменять свечи на более подходящие по тепловой характеристике (с меньшим калильным числом), поскольку копоть появится вновь, если не поменять режим поездок.

Нагар красного или кирпичного цвета

Оттенок красноватого цвета на изоляторе говорит о работе двигателя на бензине с примесями свинца, марганца и других добавок, повышающих октановое число некачественного бензина. Отложения красноватого или кирпичного цвета существенно ухудшают искрообразование, поскольку такой налет является токопроводящим.

Поменять топливо и заменить свечи зажигания.

Оранжевый или коричневый налет с сухой копотью

Такой нагар характерен для свечей, работающих в двигателе с детонационными явлениями, вызванными использованием бензина с низким октановым числом, или в результате установки слишком раннего зажигания.

Необходимо срочно поменять топливо на соответствующее степени сжатия данного двигателя, поскольку детонация приведет к разрушению деталей цилиндропоршневой группы.

Глянцевый налет желтого цвета на изоляторе (тепловом конусе) свечи

Желтая глазурь на изоляторе свечи зажигания образуется в результате частого использования режима интенсивных ускорений (драгрейсинга), который сопровождается увеличением температуры в камере сгорания. В результате перегрева свечи зажигания находящиеся на тепловом конусе отложения плавятся, образуя стекловидное покрытие желтоватого цвета.

Такой налет является токопроводящим, поэтому искрообразование нарушится. Удалить желто-глазуревый налет с изолятора сложно, поэтому свечи следует заменить.

Диагностика работы двигателя по состоянию свечей

Все, что происходит в камере сгорания любого двигателя, будь то ДВС трактора, грузовика Камаз или автомобиля Порше Кайен, напрямую отражается на состоянии свечей зажигания. Можно игнорировать состояние свечей, просто их чаще менять, но гораздо полезнее и правильнее задуматься над тем, что же происходит в камере сгорания и что не так?

Приехав на техобслуживание, не спешите выкидывать свечи, отходившее 10 тысяч километров, попросите мастера приемщика Автотехцентра МЭИ положить вывернутые (старые) свечи с ДВС вашего автомобиля в багажник с целью их последующего изучения. Кстати говоря, с этим вопросом Вы можете обратиться и к мастеру-приемщику Автотехцентра МЭИ.

Что же могут показать старые свечи зажигания?

 

На фото № 1 Вы видите свечу зажигания, вывернутую из двигателя, работу которого можно считать абсолютно отличной. Юбка центрального электрода имеет светло-коричневый цвет, нагар и отложения минимальны, если не сказать, что их вообще нет. Полное отсутствие следов масла. Владельцу этого мотора можно только позавидовать, и есть чему! Это и экономичный расход топлива и отсутствие необходимости доливать масло от замены до замены. Процесс сгорания оптимален по своим физико-химическим свойствам.

На фото № 2 можно увидеть типичный пример свечи от двигателя внутреннего сгорания с повышенным расходом топлива. Центральный электрод покрыт бархатисто-черным нагаром. Причин тому бывает несколько: богатая воздушно-топливная смесь (неправильная регулировка карбюратора (да да, есть еще двигатели и с карбюратором, при том что карбюратор является более сложным с технической точки зрения устройством, нежели инжектор, или неисправность инжектора), засорение либо слабая пропускная способность воздушного фильтра.

На фото № 3 наоборот, пример чрезмерно бедной воздушно-топливной смеси. Цвет электрода от светло-серого до почти белого. Здесь уже есть повод для более серьезного беспокойства. Работа ДВС на слишком обедненной смеси при повышенных нагрузках может стать причиной значительного перегрева как самой свечи, так и стенок камеры сгорания ДВС, а перегрев камеры сгорания — это прямой путь к прогару выпускных клапанов.

На фото № 4 юбка центрального электрода свечи имеет характерный красноватый оттенок, который можно сравнить с цветом красного кирпича. Это покраснение вызвано работой ДВС на топливе, содержащем избыточное количество присадок, имеющих в своем составе различные металлы. Длительное использование такого топлива приведет к тому, что отложения металла образуют на поверхности изоляции токопроводящий налет, через который ток будет проходить минуя электроды свечи, соответственно, не вызывая искровой разряди не поджигая топливную смесь.

На фото № 5 свеча имеет ярко выраженные следы масла особенно в ее резьбовой части. ДВС с такими свечами, особенно после долгой стоянки, имеет обыкновение после запуска «троить» некоторое время, а по мере прогрева работа ДВС стабилизируется. Причиной этого неудовлетворительного состояния ДВС является неудовлетворительное состояние (износ, разрушение, потеря гибкости) маслоотражательных колпачков. Налицо повышенный расход масла. В первые минуты работы ДВС после старта, в момент прогрева, из выхлопной трубы наблюдается характерный бело-синий выхлоп.

На фото № 6 показана свеча, вывернутая из неработающего цилиндра. Центральный электрод, юбка свечи покрыты плотным слоем масла, смешанного с каплями несгоревшего топлива и мелкими частицами от разрушений, произошедших в этом цилиндре. Причина такой неисправности ДВС — разрушение одного из клапанов либо поломка перегородок между поршневыми кольцами, как правило отягченная попаданием металлических частиц между клапаном и его седлом. В таком случае ДВС «троит» уже не переставая, отмечается значительная потеря мощности, серьезно возрастает расход топлива (в полтора, два раза). Выход один — срочный ремонт двигателя.

На фото № 7 полное, тотальное разрушение центрального электрода и его керамической юбки. Причиной такого разрушения мог стать любой из перечисленных ниже факторов (в порядке убывания вероятности): длительная работа ДВС с детонацией, применение топлива с низким октановым числом либо избыточным количеством присадок, слишком раннее зажигание, ну и наконец, просто бракованная свеча. Симптомы неисправности ДВС такие же, как были описаны в предыдущем случае. Единственное, на что все еще можно надеяться, так это на то, что частицы центрального электрода свечи сумели проскочить в выхлопную систему, не застряв между седлом и выпускным клапаном. В противном случае просто не избежать ремонта головки блока цилиндров.

На фото № 8 электрод свечи ДВС оброс зольными отложениями (при этом цвет не играет решающей роли, он лишь свидетельствует о непраильной работе топливной системы). Причиной этого нароста является сгорание масла, возникающее по причине выработки или залегания маслосъемных поршневых колец. У ДВС отмечается повышенный расход масла, при перегазовках из выхлопной трубы наблюдается сильное синие дымление, запах выхлопа похож на мотоциклетный.


Общие рекомендации.

Если Вы желаете, чтобы с работой двигателя Вашего автомобиля было меньше проблем, стоит задумываться о замене свечей не только тогда, когда двигатель отказывается работать. Производитель любого автомобиля гарантирует безотказную работу свечи на исправном двигателе не более 30 тыс. километров пробега (исключение составляют только «платиновые», «иридиевые» и «прочие» свечи, драгоценное покрытие которых «не работает» в случае с российским топливом, поэтому мы их в расчет не берем.

Поэтому, стоит придерживаться установленной производителем периодичности замены свечей зажигания для бензиновых двигателей — 30 тысяч километров.

Но и в свою очередь не забывать с каждой заменой масла или в среднем каждые 10 тыс. километров пробега проверять состояние свечей. Прежде всего, это регулировка зазора до требуемой величины, удаление нагара (если Вы желаете продолжать использовать эти свечи). Нагар удалять лучше специальной металлической щеткой, поскольку пескоструйная обработка разрушает керамику центрального электрода, и появляется возможность попасть в ситуацию с фото № 7. Рекомендация менять свечи местами, встречающаяся на просторах интернета не актуальна ввиду изменившейся конструкции свечи, а именно появлением одноразовой сминаемой шайбы свечи.

Что касается конструкции свечи зажигания, то за прошедшие 60 лет существенных изменений в конструкции свечей не произошло. Как и ранее, свеча зажигания состоит из металлического ядра, которое покрыто керамическим изолятором. Керамический изолятор свечи, в свою очередь, покрыт металлической оболочкой с резьбой, которая вкручивается к головку цилиндра ДВС и, как правило, имеет шестигранную форму — в этом месте крепится наконечник свечи и с помощью свечного ключа осуществляется установка и демонтаж свечи зажигания.

Основное назначение конструкции свечи состоит в обеспечении замкнутости электрической цепи на свече посредством искры, которая возникает при прохождении через свечу зажигания высокого напряжения. Искра проскакивает от среднего электрода к боковому электроду и вызывает вспышку топливо-воздушной смеси.

Основной принцип работы свечи зажигания

Свеча зажигания играет важную роль в ДВС с принудительным зажиганием. Свеча зажигания осуществляет воспламенение смеси воздуха и топлива. На качество воспламенения влияют многие факторы, имеющие существенное значение для эксплуатации автомобиля и для состояния окружающей среды в городе. Важны такие потребительские показатели, как плавность хода машины, мощность и эффективность ДВС, а также выброс вредных веществ в атмосферу.

Если принять во внимание, что каждая свеча зажигания обеспечивает от 500 до 3500 вспышек в минуту, то становится ясно, насколько значимой является роль современной технологии в изготовлении и дизайне свечей зажигания, при необходимости соблюдения норм выбросов вредных веществ в атмосферу и в сокращении расхода топлива.

Возникновение искры

В ДВС воздух всасывается в цилиндр за счет движения поршня вниз и создающегося разряжения. В цилиндр также поступает топливо в виде впрыскиваемого под давлением бензина. В цилиндре создается горючая смесь, воспламеняемая искрой зажигания. Принцип действия двигателя с принудительным зажиганием 1. Всасывание: Поршень движется вниз. При открытии впускного клапана происходит всасывание окружающего воздуха, через насос форсунку вбрасывается топливо. 2. Сжатие: Поршень снова движется вверх. Топливная смесь в цилиндре сильно сжимается. В области ВМТ происходит воспламенение топливной смеси. 3. Работа: Температура сгорания в цилиндре резко повышается до 2600 °C, давление — до 120 бар. Поршень движется в направлении коленвала со скоростью более 20 метров в секунду! 4. Выталкивание: Продукты сгорания выбрасываются под давлением через выпускной клапан при повторном движении вверх поршня. .

Строение любой свечи зажигания (для бензиновых двигателей)

Свеча зажигания состоит из нескольких высокотехнологичных элементов.

Присоединение (часть свечи с резьбой) Присоединение выполнено SAE соединением, либо в виде резьбы. Тут присоединяется свеча зажигания или штифтовая катушка зажигания. В любом случае от точки присоединения высокое напряжение передаётся на другой конец свечи.

Изолятор Керамический изолятор выполняет 2 задачи. Он выполняет роль изолятора, препятствует пробою тока на массу автомобиля и отводит тепло, образующееся в результате сгорания топливной смеси на головку цилиндра.

Рёбра на керамическом изоляторе свечи зажигания На наружной стороне изолятора выполнены волнообразного вида рёбра, препятствующие утечке тока на массу автомобиля. Они удлиняют путь прохождения и, таким образом, повышают электрическое сопротивление проводника. Это обеспечивает прохождение тока через средний электрод, обладающий пониженным сопротивлением.

Помехоподавляющий резистор Для обеспечения полной электромагнитной совместимости (EMV) и корректной работы бортовой электроники авто, внутрь свечи зажигания в качестве помехоподавляющего резистора помещается стекломасса.

Средний электрод с медным сердечником Средний электрод стандартной свечи зажигания обычно состоит из сплава никеля Ni. С конца этого электрода искра проскакивает на боковой электрод свечи (при исправной свече зажигания). Средние электроды обычно имеют медный сердечник, улучшающий отведение тепла.

Металлический корпус с резьбой Металлический корпус играет важную роль при проведении тепла по свече зажигания. Резьба в хороших свечах зажигания всегда накатанная. По сравнению с нарезанной резьбой такая резьба имеет свои преимущества, т.к. кромки не острые, не повреждают резьбовое отверстие в головке цилиндра.

Уплотнительное кольцо Уплотнительное кольцо препятствует прохождению горючего газа на свече зажигания, даже при высоком давлении в камере сгорания. Кольцо предотвращает потерю давления. Кроме того, оно отводит тепло на головке цилиндра и компенсирует различные характеристики расширения головки цилиндра и корпуса свечи зажигания.

Внутренние уплотнения Внутренние уплотнения свечи зажигания создают герметичное соединение между изолятором свечи зажигания и металлическим корпусом. Между двумя уплотнительными кольцами помещается кольцо из Талька (Та), которое разрушается в процессе изготовления свечи зажигания и создаёт оптимальную герметизацию.

Боковой электрод Боковой электрод обычной свечи зажигания изготовлен из сплава никеля (Ni). Сплав никеля представляет собой противоположный полюс для среднего электрода.

Местоположение свечи зажигания

Свеча зажигания вкручивается в головку цилиндра ДВС.

Видимый снаружи оконечник свечи зажигания является соединительным элементом. В зависимости от применяемой технологии, сюда либо вставляется свечной наконечник, либо собственно штифтовая катушка зажигания.

Противоположный конец свечи зажигания выступает внутрь камеры сгорания. На нём находятся как минимум два электрода, между которыми во время эксплуатации проскакивает искра, вызывающая воспламенение топливо-воздушной смеси.

Порядок зажигания

В классическом варианте работы ДВС центральная катушка зажигания вырабатывает высокое напряжение, необходимое для поджигания смеси воздуха и топлива.

Механический распределитель зажигания обеспечивает своевременную и поочерёдную подачу напряжения к каждому цилиндру и свече зажигания.

При этом ток для зажигания направляется к месту присоединения свечи зажигания через распределительный клапан и кабель. Отсюда ток попадает к концу среднего электрода и в виде искры преодолевает воздушный зазор между электродами.

Если применяется современный вариант зажигания с штифтовой катушкой зажигания, располагаемой на каждой свече зажигания (так называемая система зажигания с электронным управлением (VEZ) со статическим распределением зажигания) то необходимость в механическом распределителе зажигания или в высоковольтном кабеле зажигания отпадают.


АвтоТехЦентр МЭИ рекомендует использовать свечи зажигания NGK и BOSCH.

  

Как опредедить состояние двигателя по свече зажигания.

При неустойчивой работе двигателя нужно обязательно осмотреть свечи. Опытный водитель знает, что по внешнему виду свечи можно много рассказать о состоянии двигателя. Прежде чем выкручивать свечу тщательно очистите от грязи  пространство вокруг свечи,чтобы  грязь не попала в цилиндр.

Посмотрите на фотографии и запомните как выглядит свеча при различных состояниях двигателя.

На фото 1 нормальное состояние свечи. Серо-коричневый цвет и незначительный  износ электродов. Калильное значение свечи соответствует типу двигателя и общему его состоянию.

 

На второй фотографии показана свеча с чёрным нагаром на юбке изолятора. Это говорит о    переобогащённой смеси и повышенном расходе горючего. Неправильно отрегулирован    карбюратор или неисправен инжектор. Возможно засорён воздушный фильтр.

 

 

 

 

 

На третьем фото показано состояние свечи при чрезмерно бедной воздушно-топливной смеси. Цвет электрода от светло-серого до белого. Это опасное состояние. При езде на очень обедненной смеси и повышенных нагрузках происходит значительный перегрев как самой свечи, так и камеры сгорания, что может привести к прогоранию выпускных клапанов.

 

 

 

 

На фото 4 юбка центрального электрода имеет красноватый оттенок, похожий на кирпич. Такой цвет юбки обусловлен наличием в топливе большого количества присадок содержащих металл. Длительная работа двигателя на таком топливе приведёт к отказу свечи так как толстый налёт от присадок проводит электрический ток.

 

 

 

 

 

Свеча на фото 5 замаслена, особенно это заметно на резьбовой части. Это говорит о том, что      изношены маслоотражающие колпачки.  Двигатель с такими свечами обычно троит после запуска и заметен бело-сизый выхлоп из глушителя, но по мере прогрева работа стабилизируется. Двигатель расходует масла больше нормы.

 

 

 

Эта свеча (фото 6) вывернута из неработающего цилиндра. Юбка и центральный электрод покрыты маслом, капельками не сгоревшего топлива и частицами металла. Такое может быть из-за разрушения клапана или  повреждения поршня. При заведенном двигателе он троит всё время, мощность значительно падает, расход топлива возрастает в полтора раза.

 

 

 

 

 

На фото 7 мы видим полное разрушение центрального электрода вместе с керамической юбкой. Такое происходит из-за длительной детонации двигателя при использовании низкооктанового бензина. Причиной может быть также очень ранее зажигание. Возможен также брак свечи. Естественно, что при заведенном двигателе он троит.

 

 

 

 

На фото 8 электрод свечи оброс зольными отложениями. Они могут быть как белыми так и чёрными. Такое происходит при сильном износе или залегании маслосъёмных поршневых колец. В следствии этого отмечается повышенный расход масла. При перегазовке из выхлопной трубы идёт сильный дым похожий на мотоциклетный.

Об авторе

Как определить проблему в моторе, просто посмотрев на свечу зажигания

Помните старую гаражную присказку о главных причинах, из-за которых не заводится двигатель автомобиля? Диагностика крайне проста: или смесь не зажигается, или гореть нечему. И если топливо не израсходовано и исправно подается в двигатель, значит по каким-то причинам не происходит воспламенения смеси.

Станислав Шустицкий

Свечи являются последним и крайне важным звеном в цепи системы зажигания. При этом важно не просто абы как поджечь топливовоздушную смесь, а сделать это правильно и вовремя, то есть, сообразно тактам работы двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, в немалой степени именно от свечей зависит, насколько режим работы двигателя будет соответствовать оптимальным характеристикам.

Внешний вид свечи зажигания может дать немало информации, как о ее собственном здоровье, так и о состоянии двигателя. Вот типичные признаки, по которым легко вычислить проблему в моторе:

  • Сажа на электродах

Если на электродах скопилась сажа, то есть смысл проверить исправность топливной аппаратуры – скорее всего это следы работы мотора на излишне богатой смеси.

  • Замасленная свеча

Возможно, пришло время менять поршневые кольца или, если двигатель имеет турбонаддув, убедится в исправности турбины.

  • Оплавленный центральный электрод и почерневшая юбка изолятора

Тут можно «идти по списку»: от неверно выбранного калильного числа свечи и использования некачественного топлива, до неисправности клапанного механизма двигателя.

  • Черная полоса, идущая вдоль изолятора

Такой симптом говорит о пробое и предполагает ревизию высоковольтного провода.

Ниже представлена наглядная иллюстрация различных типов «болезней» двигателя и соответствующего им внешнего вида свечей.

Редакция рекомендует:






Хочу получать самые интересные статьи

Можно ли по свечам зажигания определить техническое состояние двигателя

Опытные автовладельцы прекрасно знают, что по состоянию свечей зажигания можно определить неисправности у двигателя и общее состояние силового агрегата. Расскажем вам поподробнее о том, как же по состоянию свечей зажигания можно выявить наличие тех или иных неисправностей у двигателя.


Мокрые свечи

Если вы выкрутили из двигателя свечи и заметили у них характерный запах бензина  или мокрый электрод, то подобное говорит о неисправностях форсунок или карбюратора. Система впрыска переливает топливо, которое не полностью сгорает в цилиндрах, что и приводит к таким мокрым свечам зажигания. В редких случаях проблема может крыться в воздушном фильтре, но в большинстве случаев это именно выход из строя форсунок, которые требуют очистки или замены.

Красные свечи

Если свечи имеют красный нагар, то это свидетельствует об использовании не слишком качественного топлива с большим количеством различных присадок. Такие присадки чаще всего выполняются на основе оксидов металла, который дает такой характерный красный оттенок. Длительное использование не слишком качественного топлива может привести к критическим неисправностям двигателя, поэтому стоит задуматься о смене заправочной станции.


Чёрный нагар на свечах

Наличие черного нагара на свечах говорит о переобогащении смеси. Причина подобного — это неправильная работа инжектора или карбюратора. Система управления впрыском неправильно готовит топливно-воздушную смесь, что приводит к появлению такого черного нагара на свечах и внутри камеры сгорания. В подобном случае необходима комплексная диагностика, потребуется проверить не только элементы впрыска, но и карбюраторы и лямбда-зонд.

Масляный налет

Наличие масляного налета на свечах говорит об изношенных маслосъемных колпачках, которые уже требуют замены. Обычно одновременно в двигателе может отмечаться троение, а мотор с трудом заводится. Замена маслосъёмных колпачков — это относительно несложная работа, соответственно затраты автовладельцев будут не слишком большими.

 

Белый налет на свечах

Если чёрный налет говорит о переобогащенной смеси, то белые электроды свидетельствуют наоборот о слишком бедной топливно-воздушной смеси. Потребуется вести машину в сервис выполнять регулировку инжектора, а на относительно старых авто имеется возможность самостоятельного ремонта, когда автовладелец сам регулирует карбюратор.

Наличие белого и черного налета

Если на свечах зажигания одновременно отмечается белый и чёрный налёт, то это может свидетельствовать об износе поршневых колец. Подобный ремонт потребует полного вскрытия двигателя, такое восстановление мотора относится к категории капитального, соответственно стоимость работы будет достаточно высока.


Подведём итоги

Автовладельцу следует помнить, что по состоянию свечей зажигания можно определить техническое состояние двигателя. Например, белый или чёрный налет свидетельствует о бедной или переобогащенной смеси, если имеются масляные подтёки, то проблемы у маслосъёмных колпачков, а красный налет на электроде свечи говорит о некачественном топливе. Помните, что чем раньше вы обратитесь в сервис, тем проще устранить такие поломки. Поэтому следует на регулярной основе выкручивать свечи зажигания, проверять их состояние, что позволит исключить какие-либо проблемы с двигателем или же своевременно определить имеющиеся у него поломки.

14.06.2020

Наблюдение за свечой

Пэм Фиер-Хансен
Маршалловская средняя школа
400 Тайгер Драйв
Маршалл, Миннесота 56258
По материалам книги Glencoe Chemistry: Concepts and Applications Chemistry Lab 1

Профиль автора
Сводка

В этом упражнении студенты наблюдают за свечой с точки зрения химика. На основе этих наблюдений и некоторых простых химических тестов они попытаются определить, что должно присутствовать, чтобы свеча горела, и каковы продукты сгорания.

Цели обучения

1. Внимательно наблюдайте и опишите характеристики пламени свечи.
2. Определите, какая часть свечи горит.
3. Вывести продукты сгорания

Контекст использования

Это лаборатория общей химии, которую я использую в начале семестра для изучения концепции химических и физических изменений. Студентов просят определить, каковы продукты реакции, наблюдая с помощью простых химических тестов.Лаборатория требует около 2 академических часов или 1 блока. Он не требует специального лабораторного оборудования и может быть легко адаптирован для физических наук.

Предмет : Химия: Общая химия: Химические реакции
Тип ресурса : Деятельность: Лабораторная деятельность
Уровень : Средняя школа (9-12)

Описание и учебные материалы

Наблюдение за свечой

Вы видели горение свечи много раз, но, вероятно, никогда не рассматривали горение свечи с точки зрения химика.В этой лаборатории вы попытаетесь определить, что необходимо свече, чтобы свеча горела, и какие продукты образуются при горении свечи.

Цели:
1. Внимательно наблюдайте и описывайте характеристики пламени свечи.
2. Определите, что необходимо для свечи.
3. Определите продукты горения свечи.

Материалы: (пара учеников)
Большие восковые свечи 2
Спички 1 книга
Мелкий пластик или металл 1
10 мл раствора фенолового красного 25 мл
Стакан 250 мл 1
Колбы Эрленмейера 250 мл 1
Резиновая пробка для установки колба 1
Проволочная сетка квадратная 1
Клещи 1

Безопасность:
Храните горючие материалы вдали от спичек и горящих свечей.
Надевайте защитные очки.

Порядок действий:
1. Зажгите свечу и дайте 3-4 каплям воска упасть в центр сковороды. Вдавите свечу в расплавленный воск и держите ее вертикально, пока воск не затвердеет.

2. Зажгите свечу. Внимательно наблюдайте за пламенем. Перечислите не менее 8 наблюдений за пламенем. Посмотрите на цвета и форму пламени. Где происходит сожжение? Что горит?

наблюдения
1
2
3
4
5
6
7
8

3.Когда происходит химическое изменение, образуется другое вещество. Когда происходит физическое изменение, вещество меняет форму или фазу, но вещество остается прежним. Классифицируйте каждое из перечисленных ниже изменений как химическое (C) или физическое (P) изменение.
а. _____ воск плавильный
б. _____ фитиль горит и превращается в сажу
c. _____ воск горение с образованием углекислого газа
d. _____ разбить стекло
у.е. _____ печенье для выпечки
ф. _____ переваривание пищи

4. Зажгите вторую свечу и держите пламя на расстоянии 2-4 см от пламени первой свечи.Осторожно задуйте пламя первой свечи, а затем переместите другое пламя в дым от первого пламени. Вам нужно дотронуться до фитиля, чтобы свеча снова зажглась? Напишите свои наблюдения ниже. Что это говорит вам о горящей части свечи?

Наблюдения

5. Зажгите стоячую свечу еще раз и задуйте вторую свечу. Щипцами поднесите проволочную сетку к пламени перпендикулярно пламени. Медленно опустите марлю на огонь. Не трогайте воск.Если кажется, что пламя гаснет, быстро отодвиньте проволочную сетку в сторону. Запишите свои наблюдения. Что у тебя творится? Что это говорит о горящей части свечи?

Наблюдения

6. Налейте примерно 150 мл ледяной воды в стакан на 250 мл. Высушите внешнюю часть стакана. Держите стакан примерно на 4-5 см над пламенем. Обратите внимание на образование нового соединения на дне стакана. Примечание: вы можете увидеть образование черной сажи на дне стакана.Это не тот комплекс, который мы ищем. Если вы видите сажу, вы, вероятно, держите свечу слишком близко к пламени. Запишите свои наблюдения. Как вы думаете, что это за соединение? Как вы думаете, откуда взялось соединение?

Наблюдения

7. Налейте воду в поддон, в котором находится свеча, на глубину 1 см. Быстро опустите горлышко колбы Эрленмейера над свечой так, чтобы горлышко свечи находилось ниже поверхности воды. Удерживайте колбу на месте примерно одну минуту.Через 1-2 минуты выньте колбу из воды и быстро вставьте резиновую пробку в горловину колбы. Запишите свои наблюдения ниже.

Наблюдения

8. Добавьте в колбу 10 мл раствора фенолового красного. Закройте колбу и перемешивайте раствор около 1 минуты. Запишите свои наблюдения ниже. Что это говорит вам об образовавшемся газе?

Наблюдения

Проанализируйте и сделайте вывод:
1. Указывают ли ваши результаты на то, что свеча горит в твердом, жидком или парообразном состоянии?

Перечислите по крайней мере два наблюдения / действия, которые помогли вам это определить, и объясните, как это помогло вам это решить.

2. Какие два продукта образуются при сгорании свечи?

Перечислите по крайней мере два наблюдения / действия, которые помогли вам это определить, и объясните, как это помогло вам это решить.

2. Какой газ в нашей атмосфере способствует горению?

3. В некоторых огнетушителях находится сжатый газ. Как вы думаете, этот газ будет кислородом, водородом или углекислым газом?

Что вы заметили, что помогло вам это решить?

4. Какие изменения произошли в уровне воды, когда вы поместили Эрленмейер на колбу.

Предложите объяснение, почему это произошло.

Добавочный номер:
1. Когда колба была поставлена ​​над свечой, пламя погасло, и вода поднялась. Предложите объяснение, почему это произошло.

2. Проведите эксперимент, чтобы проверить свое объяснение.
Вы можете начать с повторения этого эксперимента и проведения тщательных наблюдений. Что случилось первым? Насколько высоко поднялась вода в колбе? Какие факторы влияют на то, насколько высоко поднимается вода? Проведите эксперимент, чтобы проверить свою гипотезу.

Принадлежности: свечи разной высоты, несколько свечей Раздаточный материал для учащихся по наблюдению за свечой (Microsoft Word 62kB, 25 августа 2009 г.)

Учебные заметки и советы

Ученики должны следить за тем, чтобы пламя не касалось твердой свечи или расплавленного воска. Кажется, он касается только фитиля. Я спрашиваю их, думают ли они, что свеча могла бы гореть так долго, если бы горел только фитиль. Для чего нужен воск? Когда ученики поместят первое пламя в дым второй свечи, они должны увидеть, как вторая свеча снова зажжется.Необязательно прикасаться к фитилю, чтобы он снова зажег. Это должно привести их к выводу, что горит пара воска.
Когда ученики помещают стакан с ледяной водой над свечой, они должны увидеть конденсат на дне стакана. Если они поднесут его слишком близко, они не увидят конденсата и увидят образование сажи. Студенты обычно узнают, что конденсат состоит из воды, но им трудно понять, что он возникает в результате сгорания свечи.
Когда колба Эрленмейера помещается поверх свечи в воде, ученик должен наблюдать, как водяная свеча гаснет, а вода поднимается. Учащиеся проверяют собранный газ раствором фенолового красного (кислотно-щелочной индикатор). Они должны заметить, что цвет раствора меняется с красного на желтый. Я демонстрирую, что это может указывать на образование углекислого газа, если продуть через соломинку раствор фенолового красного.
Когда студентов спрашивают, почему в колбе поднимается вода, они приходят к множеству разных идей.Некоторые из них включают в себя такие идеи, как «весь кислород был израсходован, и поэтому образовалось пустое пространство» или он «засасывается в колбу». Вы можете напомнить им, что был создан углекислый газ, и он также занимает место. Новой частью этого является расширение лаборатории. В этом задании я прошу студентов попытаться определить, какие факторы влияют на то, насколько высоко поднимается вода, а затем пересмотреть свою гипотезу. Причина этого заключается в том, что воздух внутри колба нагревается свечой, в результате чего воздух внутри колбы расширяется, и часть его выходит наружу, когда колбу ставят на нее.Когда свеча гаснет и воздух остывает, она сжимается. Поскольку давление снаружи колбы больше, чем внутри колбы, вода выталкивается в колбу. Демонстрация сворачивающейся банки была бы хорошим продолжением этой лабораторной работы.

Оценка

Оценка этого действия будет основываться на лабораторном отчете, который они передадут. Ключевые концепции, которые я хочу, чтобы они поняли, — это важность проведения и записи хороших наблюдений, различия между химическими и физическими изменениями и выводы из своих наблюдений.

Стандарты

Standards Match: Chemistry 2.1.3-2.1.4 Химические реакции и состояние вещества.

Ссылки и ресурсы

Сделайте прыжок от пламени свечи

Ключевые концепции
Химия
Химические реакции
Состояния вещества
Горение

Введение
Есть много поводов зажечь свечи. Вы когда-нибудь внимательно смотрели на пламя? Какая часть свечи на самом деле горит? Ты можешь сказать? Это фитиль, твердый воск, жидкий воск или что-то еще? В этом упражнении вы зажжете несколько свечей, чтобы узнать это — особого случая не требуется!

Фон
Будь то праздничный торт, обеденный стол или менора, большинство свечей, которые мы используем сегодня, — это свечи, смоченные воском.Этот стиль свечей восходит к древним римлянам. Через центр воска проходит фитиль, который обычно делают из хлопка или другого материала, который хорошо впитывает жидкости. Итак, как эти два материала объединяются, чтобы свеча горела стабильно?

Зажженная свеча может показаться простой, но на самом деле это пример многоступенчатого процесса, приводящего к горению — и горящему пламени, которое вы видите. Горение — это результат химической реакции, в которой газообразный кислород вступает в реакцию с горящим веществом.Горючий материал в свече — или ее топливо — это воск. Но прежде чем воск станет топливом, он должен достаточно нагреться. Чтобы начать процесс нагрева, вам сначала нужно зажечь фитиль другим источником огня, например спичкой. Когда фитиль горит, жар пламени плавит воск вокруг фитиля. Поскольку фитиль является абсорбирующим, он всасывает жидкий воск в фитиль и поднимается вверх, в пламя. Когда жидкий воск достаточно нагревается, он превращается из жидкости в газ. Затем горячий газ вступает в реакцию с кислородом воздуха и сгорает, образуя пламя свечи, которое мы видим.Это означает, что пламя свечи на самом деле создается горящим парами парафина, а не самим фитилем или твердым или даже жидким воском.

После зажигания свечи сначала она может мерцать или шипеть, но затем обычно горит довольно стабильно. По мере того, как тепло пламени пара парафина плавит больше твердого воска, оно создает больше топлива для пламени. Свеча гаснет только тогда, когда в ней заканчивается воск или кислород — или когда она перегорает. После того, как свеча погаснет, вы можете увидеть, как пар воска выходит в виде струи белого дыма.Если вы поднесете спичку к этому дыму, свеча снова загорится — даже не касаясь фитиля! Не верите? Тогда попробуйте это занятие и убедитесь сами!

Материалы

  • Помощник для взрослых
  • Несколько маленьких узких свечей на день рождения
  • Спички или зажигалка
  • Влажный песок (или другое негорючее вещество для удержания свечей — вы также можете использовать торт или кекс!)
  • Тарелка или миска для мокрого песка или другого вещества, содержащего свечи
  • Пожаробезопасная рабочая зона
  • Солома
  • Чаша с водой или огнетушитель


Подготовка

  • Поместите материалы в огнеупорную рабочую зону.
  • Убедитесь, что у вас есть взрослый помощник, помогающий вам при выполнении этого задания.
  • Держите таз с водой или огнетушитель рядом на протяжении всего занятия на случай, если он вам понадобится.
  • Подготовьте влажный песок или другой негорючий основной материал в миске или миске.
  • Поставьте одну свечу в мокрый песок или другой материал, завернув ее вокруг основания свечи, чтобы убедиться, что она надежно закреплена.

Процедура

  • Зажгите спичку с помощью взрослого.Держите пламя близко к фитилю свечи, но не касайтесь фитиля пламенем. Что вы наблюдаете? Свеча горит?
  • Затем коснитесь фитиля свечи пламенем спички. Подержите там примерно секунду. Что произойдет, если коснуться фитиля пламенем? Если фитиль не загорелся, зажгите его сейчас.
  • Посмотрите, как горит свеча пару секунд. Вы можете описать пламя? Как это выглядит?
  • Задуйте свечу и посмотрите, что произойдет. Вы видите белый дым, выходящий из фитиля?
  • Зажгите свечу еще раз, затем зажгите еще одну спичку. Пока спичка еще горит, задуйте свечу. Сразу после этого поднесите пламя спички к белому дыму перегоревшей свечи, близко к фитилю, но не касаясь его. Что происходит? Свеча снова горит? Почему или почему нет?
  • Задуть горящую свечу. Теперь поставьте две свечи рядом друг с другом в мокрый песок (или другой материал), чтобы они были надежно закреплены и не упали.Они должны почти касаться друг друга. Зажгите обе свечи спичкой.
  • Пока горят обе свечи, направьте конец соломинки на один из пламени. Продуйте соломинку, чтобы погасить хотя бы одно пламя. Другая свеча должна гореть. Что происходит после того, как вы погасите одну из свечей? Вы можете объяснить свое наблюдение?
  • Повторите этот шаг несколько раз. Всегда ли вы получаете одинаковые результаты? Можете ли вы сказать по своим наблюдениям, какая часть свечи горит? Почему?
  • Дополнительно: Поместите три или более свечей рядом друг с другом.Задуйте одну из свечей соломкой, но оставьте остальные гореть. Что происходит с перегоревшей свечой? Затем задуйте две свечи, но оставьте одну гореть. Вы видите, как пламя прыгает от одной свечи к другой?
  • Extra: Попробуйте занятие со свечами из парафина или пчелиного воска. Получаете ли вы такие же результаты для этих материалов?
  • Экстра: Посмотрите на пламя свечи более подробно.Вы видите, что пламя имеет разные цвета? Проведите собственное исследование, чтобы выяснить, почему существуют разные цвета. Можете ли вы определить, какая часть пламени самая горячая или самая холодная?

Наблюдения и результаты
Могли бы вы заставить пламя свечи прыгать от одной свечи к другой? В первый раз, когда вы зажгли свечу, вам, скорее всего, пришлось прикоснуться к фитилю пламенем спички. Это заставляет фитиль загореться, что запускает реакцию горения.Воск вокруг фитиля начинает таять, и именно из этого жидкого воска образуется пар внутри пламени. Пар воска начинает гореть и создает устойчивое пламя свечи, которое вы видите. Когда вы задули свечу, вы должны были увидеть, как из фитиля поднимается белый дым. Это пара парафина, который становится видимым, когда он конденсируется в мелкие жидкие капли в более прохладном воздухе.

Если вы коснулись пара парафина (белого дыма) другим пламенем, свеча должна немедленно снова загореться.На этот раз вам даже не пришлось прикасаться к фитилю или другой части свечи. Достаточно зажечь пар, чтобы свеча снова загорелась. Когда вы ставили две или более свечей рядом друг с другом и задували одну, пламя горящей свечи должно было снова воспламенить пара воска потухшей. Вы могли понять, что на самом деле довольно трудно удержать свечу погашенной, когда она находится так близко к горящей. Он снова загорается из-за того, что восковой пар перегоревшей свечи касается оставшегося пламени свечи.В конечном итоге вы видите, как пламя свечи прыгает от одной свечи к другой!

Очистка
Не забудьте погасить все свечи в конце эксперимента. Когда спички остынут, вы можете выбросить их в обычный мусор. Очистите рабочее место и вымойте руки водой с мылом.

More to Explore
Candle Science, от Национальной свечной ассоциации
Flame Out, от Американского химического общества
Fire-Fighting Foam, от Scientific American
Закон о балансировке качелей для свечей, от Scientific American
STEM Activities для детей от Science Buddies

Эта деятельность предоставлена ​​вам в сотрудничестве с Science Buddies

Наука о том, как горят свечи

Если задуть свечу, а затем поднести зажженную спичку к фитилю (но не касаться ее), фитиль снова зажжется.Большинство из нас интуитивно знают это, но задумывались ли вы, почему?

На этой неделе мы провели два простых эксперимента, исследуя науку о том, как горят свечи. Оба взяты из бесплатного онлайн-курса кухонной химии, который нам нравится.

Эксперимент 1 — Осветительный газообразный воск

Что вам понадобится

Чем вы занимаетесь

Зажгите свечу. Обратите внимание, как вам нужно подержать спичку очень близко к фитилю на секунду или две, прежде чем она загорится. Дайте свече гореть несколько минут.Посмотрите, что происходит с воском, когда он горит.

Теперь задуйте свечу и быстро поднесите зажженную спичку к фитилю. На этот раз фитиль должен легко воспламениться, даже если пламя не коснется его.

Повторите процесс несколько раз, экспериментируя с тем, как далеко от фитиля вы держите спичку.

Зажигание свечи, поднося пламя к фитилю

Что происходит?

Когда вы зажигаете свечу, твердый воск плавится, и жидкий воск поднимается по фитилю.Когда свеча нагревается, жидкий воск испаряется в газ. Этот газообразный воск горит в кислороде воздуха.

Газообразный воск остается в воздухе после того, как вы задуете свечу. Если вы поднесете зажженную спичку к горячему фитилю, воск воспламенится, и пламя перейдет к фитилю. Если вы позволите свече гореть достаточно долго, чтобы при задувании образовался видимый белый пар, вы можете зажечь пар сверху.

Эксперимент 2 — Сажа на ложке

Что вам понадобится

  • Свеча зажженная
  • Ложка металлическая

Чем вы занимаетесь

Подержите ложку в пламени свечи.Снимите его и посмотрите, что вы видите на ложке.

Вы должны увидеть черную сажу. Вы также можете увидеть немного воска. (Не волнуйтесь, все смывается.)

Держу металлическую ложку в пламени свечи

Что происходит?

Когда свеча горит, твердый воск становится жидким, а затем испаряется, превращаясь в газ. Газообразный воск горит в кислороде с образованием воды, углекислого газа, тепла и света.

Горящая свеча также выделяет углерод в виде черной сажи, которую мы видим на ложке.Это светящаяся сажа, от которой свеча испускает свет.

Если бы было достаточно кислорода, чтобы сжечь весь воск, образовались бы только углекислый газ и вода, а пламя было бы синим, как в газовой горелке.

Небольшое количество воска на ложке — это несгоревший газообразный воск, который конденсировался на холодной ложке и снова превратился в твердый воск.

Золотой газ и твердый метан

Эти эксперименты — интересный способ исследовать состояния материи. Мои дети были удивлены, обнаружив, что каждый элемент может существовать в твердом, жидком и газообразном состоянии.

C (10) задался вопросом, может ли золото быть газом. Ответ положительный — золото закипает и испаряется при температуре 2800 ° C. А твердое золото становится жидкостью при температуре чуть выше 1000 ° C.

Тем временем J (9) хотел знать, могут ли газообразные выбросы организма принимать твердую форму (и можно ли это сделать в Google фото). Как вы понимаете, он сформулировал это иначе. Это привело нас к увлекательной теме твердого метана, источника топлива, существующего в очень холодных условиях на дне океана и на полюсах.

Пузырьки замороженного метана: U.С. Геологоразведка

Уловка повторного зажигания свечей

Мы также поинтересовались, как работают хитрые свечи на день рождения — те, которые зажигаются сами по себе после того, как вы их задуваете.

«Волшебным» ингредиентом обычно является магний в фитиле свечи. Когда свеча горит, магний защищен жидким воском, поднимающимся вверх по фитилю. Но после того, как свеча погасла, фитиль перестает быть достаточно горячим, чтобы втянуть жидкий воск. Магний подвергается воздействию фитиля, который достаточно горячий, чтобы воспламенить магний. Горящий магний, в свою очередь, воспламеняет газообразный воск.Эта статья очень четко объясняет процесс.

Похоже, вы можете увидеть крошечные частицы магния, исходящие от тлеющих углей при повторном зажигании свечей. Я заказал немного, чтобы мы могли убедиться в этом сами.

Дополнительные ресурсы

Ученый Майкл Фарадей прочитал серию детских лекций о химии свечей в Королевском институте в Лондоне в 1860 году. Вы можете прочитать сокращенную версию здесь.

Как работает свеча? (Как работает материал)

«Тайна периодической таблицы» — замечательная живая книга по истории химии.На этой неделе мы прочитали об открытии кислорода, который послужил прекрасным фоном для наших экспериментов.

Кухонная химия Бесплатный онлайн-курс от Университета Восточной Англии. (Действует до 26 мая 2014 г.)

Основное фото предоставлено: Windliest

***

Я благодарю вас за ссылку:

Наука для детей в приключениях мамочки

После школы Линки на уроке учителей

Хип-хоумскул-хоп

Прекрасные среды в Solagratiamom

Еженедельное заключение в Weird Unsocialized Homeschoolers

Коллаж Friday at Homegrown Learners

Воскресная витрина у мамы для 2 шикарных маленьких див

Как рассчитать время горения свечи?

Есть несколько разных способов определить время горения свечи (или скорость горения).Хотя можно использовать любой метод, мы рекомендуем использовать первый метод для большей точности при приближении времени горения свечи.

Обратите внимание: для обоих упомянутых ниже методов оценки времени горения свечи мы рекомендуем немного снизить оценку, чтобы учесть любой остаток воска после того, как свеча погаснет.

Тест на полное сгорание — Вы можете поджечь свечу с интервалом в 2–3 часа и отслеживать, сколько прожигов требуется, чтобы свеча полностью сгорела, пока она не погаснет.Например, если вы зажгли свечу с интервалом в 2 часа, и для полного сгорания потребовалось 25 ожогов, приблизительное время горения свечи составит 50 часов (25 ожогов по 2 часа каждое). Этот метод определения времени горения может оказаться более длительным процессом, но он позволит лучше оценить время горения свечи. Если вы продаете свечи, мы рекомендуем выполнить этот тест как минимум на 2 свечах одновременно, чтобы гарантировать стабильные результаты.

Тест на частичное горение (весовой метод) — Другой метод оценки времени горения свечи заключается в проведении теста на частичное горение.Для этого вам нужно знать, сколько воска было использовано в готовой свече, чтобы рассчитать оценку времени горения. Затем выполните следующие действия:

  1. Взвесьте свечу перед горением
  2. Горят свечу примерно 2 — 3 часа (в зависимости от диаметра свечи)
  3. Как только свеча остынет, снова взвесьте свечу
  4. Определите количество использованного воска, вычтя вес после горения из веса начальной свечи
  5. Оцените общее количество ожогов, разделив общий вес воска, использованного в свече (не вес свечи с контейнером), на количество воска, использованного при горении свечи
  6. Наконец, умножьте предполагаемое общее количество ожогов на время горения в часах.Это позволит оценить время горения свечи. См. Пример ниже.
Пример (контейнер для свечи)
  • Общий вес воска = 12 унций.
  • Начальный вес свечи = 28 унций. (1 фунт и 12 унций) — Шаг 1 выше
  • Горящая свеча на 2,5 часа — Шаг 2 выше
  • Масса свечи после горения = 27 унций. (1 фунт и 11 унций) — Шаг 3 выше
  • Всего использованного воска = 28 унций. — 27 унций.= 1 унция. — Шаг 4 выше
  • Расчетный ожог = 12 унций на 1 унцию. = 12 ожогов — Шаг 5 выше
  • Расчетное время горения свечи = 12 горений * 2,5 часа = 30 часов — Шаг 6 выше

В этом примере предполагается тестовое время горения свечи в контейнере. При расчете предполагаемого времени горения отдельно стоящих свечей будут применяться те же шаги, только вам не нужно будет учитывать вес контейнера.

Хотя тест частичного горения — это быстрый способ оценить время горения свечи, недостатком этого метода является его точность.Свечи могут иметь разные характеристики горения по мере того, как они сгорают (т. Е. Стекло нагревается), а емкости странной формы могут исказить результаты из-за разной ширины свечи.

Как работает свеча?

Свечи действительно потрясающая система освещения — само топливо — это упаковка. В свече работают вместе две части:

  • Топливо, сделанное из какого-то воска
  • Фитиль, сделанный из какого-то впитывающего шпагата

Фитиль должен быть естественным образом абсорбентом , как полотенце, или оно должно иметь сильное капиллярное действие (как в фитилях из стекловолокна, используемых в масляных лампах).Если вы купите кусок невощеного фитиля в магазине для рукоделия и поиграете с ним, вы обнаружите, что он похож на мягкую веревку и очень хорошо впитывает воду. Эта впитывающая способность важна для свечи, потому что фитиль должен впитывать жидкий воск и перемещать его вверх, пока свеча горит.

Парафиновый воск — это тяжелый углеводород, который получают из сырой нефти (см. В чем разница между бензином, керосином, дизельным топливом и т. Д.? Для получения подробной информации о том, как бензин и парафиновый воск получают из сырой нефти).Когда вы зажигаете свечу, вы растапливаете воск в фитиле и рядом с ним. Фитиль впитывает жидкий воск и тянет его вверх. Тепло пламени испаряет воск, и горит пара воска . Вы можете доказать, что горит пара воска, а не жидкий воск, с помощью двух экспериментов:

  • Если вы поместите один конец металлической или стеклянной трубки (в форме тонкой соломки, от 4 до 6 дюймов / от 10 до 15 дюймов). см длиной) в пламя свечи под углом 45 градусов, затем можно зажечь верхний конец трубки.Пар парафина течет вверх по трубке и является топливом для этого второго пламени.
  • Когда вы задуваете свечу, вы замечаете струю белого дыма, выходящую из фитиля. Этот поток представляет собой пары парафина, которые сконденсировались в видимую форму. Он продолжает формироваться, пока фитиль достаточно горячий, чтобы испарить парафин. Если вы прикоснетесь к ручью горящей спичкой, пламя потечет вниз и снова зажжет фитиль.

Фитиль не горит потому, что испаряющийся воск охлаждает оголенный фитиль и защищает его.Возможно, вы видели походный трюк с кипячением воды в бумажном стаканчике. Чашка не горит, потому что вода внутри ее охлаждает. Жидкий воск делает то же самое с фитилем.

Парафин горит сам по себе, но он похож на кулинарное масло, моторное масло и уголь в том смысле, что его нужно очень сильно нагреть, чтобы началось горение. Масляный пожар очень сильный, и его очень трудно потушить. Точно так же парафин. В свече это прекрасно работает — только небольшое количество воска на фитиле достаточно горячее, чтобы испариться и сгореть.

Первоначально опубликовано: 1 апреля 2000 г.

состояний вещества | S’Cool LAB

Испарение — жидкость в газ

При нагревании воды до точки кипения начинают образовываться пузырьки водяного пара, поскольку вода переходит из жидкого в газообразное состояние. Точно так же при открытии бутылки с газированной водой начинают образовываться пузырьки. Здесь снижение давления, вызванное открытием крышки, запускает процесс испарения.

Интересный эффект можно наблюдать на поверхностях, содержащих мельчайшие примеси, например, на целлюлозных волокнах внутри стекла.Эти примеси служат отправной точкой для образования пузырьков, так называемых центров зародышеобразования. При заливке газированной воды в стакан небольшое количество газа остается внутри или вокруг мелких частиц пыли, таких как волокна целлюлозы.

Очень похожий принцип лежит в основе метода обнаружения частиц в пузырьковой камере. Пузырьковые камеры заполнены перегретой жидкостью, которая действительно хочет превратиться в газ. Следовательно, любое небольшое возмущение или примесь запустят процесс образования пузырьков внутри пузырьковой камеры.Действительно, когда ионизирующие частицы пролетают через эту перегретую жидкость, они ионизируют молекулы на своем пути. Эти ионы затем будут действовать как центры зародышеобразования, и вокруг них будут формироваться пузырьки. Таким образом, можно визуализировать след ионизирующей частицы, оставляющей след ионов, при фотографировании следов пузыря в нужный момент. (Узнайте больше о пузырьковых камерах здесь.)

Сегодня пузырьковые камеры больше не используются для исследований в ЦЕРНе. Однако недавно они нашли новую роль в исследовании темной материи, например, в проекте PICO в Канаде.

Практические эксперименты с испарением: танцующий изюм в газированной воде

Один из наших любимых экспериментов — «эксперимент с танцующим изюмом», который позволяет студентам изучить роль центров зародышеобразования в газированной воде.

Материал

  • стакан
  • вода газированная (или любой другой газированный и прозрачный напиток)
  • изюм
  • другие типы потенциальных танцоров: разные виды лапши, замороженная черника, чечевица, кукуруза,…

Инструкции:

  • наполнить стакан газированной жидкостью
  • добавить немного изюма
  • наблюдать изюм, в частности, их движение

Модификации:

  • Вы также можете изучить другие типы потенциальных «танцоров» или другие типы жидкости.Постарайтесь найти лучшую комбинацию.
  • Добавьте поднятие непосредственно в бутылку с газированной водой и сравните их движение с открытием и закрытием крышки.

Пояснение:
Вскоре изюм начнет двигаться вверх и вниз в газированной воде. Что происходит? Поверхность изюма не такая плоская, как у поверхности стакана. Вместо этого на поверхности изюма есть множество крошечных волокон, которые действуют как центры зародышеобразования. Следовательно, на поверхности изюма образуются крошечные пузырьки углекислого газа.Когда к поверхности изюма прикрепится достаточно пузырьков газа, он начнет подниматься на поверхность (плавучесть, принцип Архимеда). Когда изюм достигает вершины, пузырьки лопаются, потому что они подвергаются воздействию воздуха. Без их «плавучих устройств» изюм снова утонет.

Частотные и фазовые характеристики колебаний пламени свечи

Влияние количества свечей на один осциллятор

Kitahata et al . указал, что пламя осциллятора с одной свечой будет периодически мерцать, если оно состоит не менее чем из 3 свечей.В остальном он поддерживает стабильное горение. Таким образом, происхождение колебаний и влияние количества свечей в осцилляторе заслуживают подробного исследования. Экспериментально протестированы генераторы пламени, содержащие от 1 до 10 свечей. Расположение свечей обозначено желтыми точками на рис. 1. Высокоскоростная камера выровнена по центру пламени свечи с фиксированным расстоянием между ними. Все кадры записываются, когда пламя достигает стабильного колебательного состояния и, как показано на рис.1 полутоновые изображения отображают пиковый момент каждой группы пламени. Профиль пламени изменяется по амплитуде, которая обычно имеет тенденцию монотонно увеличиваться с количеством свечей. Для одиночной свечи пламя не показывает видимых колебаний и остается стабильным; для группы из 2 свечей яркость пламени немного увеличивается, и пламя временами демонстрирует крошечные колебания, но не регулярно и не явно. Для группы, состоящей из более чем 3 свечей, пламя демонстрирует регулярные колебания, которые имеют более или менее стабильные амплитуду и частоту.По мере увеличения количества зажженных свечей яркость также монотонно увеличивается. Получены временные ряды (см. Раздел «Методы»), которые показаны на рис. 2 (а). Частотный спектр каждого осциллятора получается с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ), и его зависимость от количества свечей показана на рис. 2 (b). Когда число меньше 3, пламя остается стабильным, но непериодическим. Когда число равно или больше 3, появляются колебания, и частота монотонно уменьшается по мере увеличения числа.Причем частота остается в диапазоне 10–12 Гц, что, как и следовало ожидать, совпадает с результатами T. Maxworthy и Hamins и др. . 26,27 , в котором речь идет о диффузном пламени, а частота определяется диаметром струй и силой потока. Данные соответствуют эмпирической формуле между частотой и диаметром горелки 28 : f ∝ D -0,49 .

Рисунок 1

Полутоновые изображения от 1 до 10 свечей. По мере увеличения числа пламя становится больше по ширине и высоте.Точки в верхнем левом углу представляют собой расположение связанных свечей в каждой группе.

Рисунок 2

( a ) Временной ряд яркости пламени при разном количестве свечей в группе. По мере увеличения числа резко увеличивается амплитуда и среднее значение яркости. ( b ) Число — Частотная диаграмма. Когда число меньше 3, частоты равны нулю; когда число равно 3 и более, частоты монотонно уменьшаются. Синяя линия была линейной.( c ) Число — График яркости. Яркость — это среднее значение за один период для каждой группы. Яркость увеличивается с увеличением числа. Оба столбца ошибок соответствуют стандартному отклонению шести повторяющихся экспериментов.

Когда количество содержащихся свечей увеличивается, соответственно увеличивается расход топлива и, таким образом, увеличивается потребность в кислороде. Открытый воздух вокруг горящих свечей имеет довольно низкий расход 29 , который можно рассматривать как квазистатический.Когда реакция более резкая, для пополнения необходимого количества воздуха в зоне горения требуется больше времени. Между тем, затяжка, создаваемая свечами, становится больше по мере увеличения числа, требуя больше времени, чтобы всплыть вверх на открытом воздухе. Как следствие, частота осциллятора уменьшается с увеличением числа.

Примечательно, что расположение также влияет на поведение колебаний, даже при одинаковом количестве свечей в осцилляторе. В случае 6 свечей, например, в нашем эксперименте проверяются три типа расположения, и обнаруживается, что яркость и частота все разные.Первый тип, как показано слева на рис. 3 (а), имеет наибольшую амплитуду и наименьшую частоту из-за его наибольшей ширины. С другой стороны, наиболее близко расположенная группа имеет самую высокую частоту, но наименьшую амплитуду, поскольку меньшая реакционная поверхность приведет как к меньшему потреблению кислорода, так и к меньшей затяжке, как упомянуто выше. Однако в действительности разница в этих трех случаях незначительна, что говорит о том, что влияние расположения намного слабее, чем количество свечей.

Рисунок 3

Разное расположение 6 свечей в группе. ( a ) Полутоновые изображения и ( b ) временные ряды каждого типа. Соответствующие частоты: 10,7227 Гц / 10,7802 Гц / 10,9570 Гц (слева направо).

Синхронизация между двумя идентичными симметричными осцилляторами

Влияние количества свечей и их расположения на амплитуду и частоту колебаний для одного осциллятора обсуждалось в предыдущем разделе. В этом разделе мы исследуем связанную систему из двух идентичных генераторов.Kitahata и др. . обнаружили, что два генератора пламени демонстрируют синфазную синхронизацию, когда расстояние между ними составляет от 20 мм до 30 мм, и противофазную синхронизацию на расстоянии от 30 мм до 48 мм. В наших экспериментах расстояние между свечами изначально установлено на 20 мм, но заканчивается на 60 мм с шагом 5 мм. На рисунке 4 показаны полутоновые изображения синфазного и противофазного колебания. По мере увеличения расстояния состояние синхронизации системы изменяется с синфазного на противофазное примерно на 35 мм и с противофазного на некогерентное на 60 мм.Зависимость между расстоянием и частотой осцилляторов регистрируется и анализируется и хорошо соответствует предыдущему результату 1 . Частота немного увеличивается, когда система синхронизирована по фазе, но уменьшается с высокой частоты в противофазе. Кроме того, были представлены изображения Шлирена для исследования состояний синхронизации между группами свечей. Сравнивая схемы синфазной и противофазной синхронизации, мы можем различить их.Что касается синфазного режима, контур картины потока демонстрирует пространственную симметрию, а внутренний профиль близок к прямой линии. В противофазном режиме наблюдаются асимметричные кривые контура и внутренней линии. Наблюдение за схемами потока может дать другую перспективу различения режимов синхронизации.

Рисунок 4

( a ) Полутоновое изображение синфазной (20 мм между двумя генераторами, слева) и ( b ) противофазной синхронизации (35 мм, справа).(см. дополнительные видеоролики S1 и S2) ( c ) Шлирен-изображения синфазного режима (см. дополнительный видеоролик S3) и ( d ) противофазного режима.

После изучения симметрично связанной системы двух осцилляторов переходим к системе трех свечей, расположенных в равнобедренном треугольнике. Когда расстояния между ними достаточно малы, каждая свеча в стабильно горящем треугольнике начинает колебаться и показывает синфазную синхронизацию друг с другом. Как показано на рис.5, меньшая амплитуда колебаний пламени наблюдается на свече, находящейся на вершине, когда этот угол меньше 60 градусов, и большая амплитуда наблюдается для угла вершины больше 60 градусов. Согласно нашему анализу, разница связана с разной силой сцепления. Прочность связи складывается из теплового излучения и теплового потока 1 , а также из вихревого воздушного потока 3,29 . Более близкое расстояние приводит к более высокой температуре между пламенем и более высокой скорости вихря, что приводит к большему влиянию на прочность сцепления.В первом случае треугольник имеет две длинные стороны и короткое основание. Следовательно, свеча на вершине слабо связана с двумя другими и имеет меньшую амплитуду, тогда как в последнем случае связь становится относительно более сильной, что приводит к более высокой амплитуде.

Рисунок 5

( a ) Полутоновые изображения трех свечей, расположенных в виде равнобедренного треугольника с основанием 2 см. Точки в верхнем левом углу обозначают аранжировки. Угол при вершине левой части составляет 39 градусов (<60 градусов), а правой - 120 градусов (> 60 градусов).( b ) Временной ряд яркости. Свеча вершины (расположенная посередине на полутоновых изображениях) представлена ​​красными кривыми, которые имеют наименьшую или наибольшую амплитуду соответственно, а остальные — черным и синим.

В наших экспериментах мы фокусируемся на воздействии теплового излучения, которое положительно коррелирует с температурой. Следовательно, измерение температуры между пламенами может указывать на силу связи между осцилляторами. Поскольку поток излучения затухает с расстоянием по закону обратных квадратов, мы предполагаем, что для одного осциллятора существует эффективный диапазон излучения, в котором другое пламя подвергается значительному влиянию, в то время как влияние излучения снаружи можно игнорировать.Чем выше температура, тем выше прочность сцепления и наоборот. Когда она падает почти до температуры окружающей среды, генераторы не могут поддерживать связь. Следовательно, сила связи монотонно уменьшается с увеличением расстояния между свечами, что позже будет использовано для создания феноменологического объяснения результатов.

Многие исследования показали, что при постепенном изменении силы связи между связанными осцилляторами существует пороговое значение 30,31,32,33,34 для перехода состояний синхронизации, или устойчивость бассейна когерентных состояний изменяется вместе с изменение прочности сцепления 35 .Рассматривая эксперименты с двумя идентичными осцилляторами, мы можем интуитивно прийти к выводу, что сила связи должна уменьшаться вместе с увеличением расстояния между ними. При распаде до определенной точки состояние синхронизации должно переключаться с когерентного на некогерентное. Однако эта интуиция не соответствует результату, показанному на рис. 6. Когда расстояние увеличивается, состояние переключается с синфазной на противофазную синхронизацию. Это означает, что переход состояний не вызван сменой бассейна.Таким образом, причина перехода между состояниями заслуживает дальнейшего исследования.

Рисунок 6

Феноменологическое объяснение механизма синхронизации в симметричной системе. Каждый столбец расположен в порядке синфазного, противофазного и некогерентного решения по мере увеличения расстояния. ( a c ) Кривые феноменологической модели. ( d f ) Кривые моделирования с использованием данных распределения температуры отдельной группы, содержащей 3 свечи.( г i ) Кривые распределения реальной температуры. ( j l ) Инфракрасные изображения.

Учитывая связь, вызванную тепловым излучением между генераторами пламени, распределение температуры между двумя генераторами было исследовано с помощью инфракрасной камеры. На рис. 6 (j – l) показан случай синфазного (20 мм между двумя осцилляторами), противофазного (40 мм) и некогерентного (70 мм) колебаний. На основе всех этих экспериментальных наблюдений была предложена «модель перекрывающихся пиков» для объяснения этого явления.С помощью модели мы могли связать изменение расстояния с переходом состояний синхронизации. Модель показана на рис. 6 и описывается следующим образом. Как показано на рис. 6 (a – c), красная сплошная линия представляет диапазон при максимальном излучении, а черная — диапазон при минимуме. Обе линии представляют собой кривые Гаусса. Горизонтальная ось указывает на незначительную мощность излучения. Для связанных генераторов сила связи представлена ​​площадью перекрытия под двумя кривыми эффективного излучения.Кривые максимального и минимального излучения являются ключевым моментом модели. Очевидно, что в случае двух связанных пламен будет четыре перекрывающиеся области, образованные этими двумя парами кривых. Область перекрытия двух минимальных профилей залита черным цветом и помечена как S3, а максимальное перекрытие отмечено красным и S1, как показано на рис. 6 (a); желтая (зеленая) область, обозначенная как S2 (S2 ‘), указывает на перекрытия, состоящие из того, что одно пламя достигает своей максимальной (минимальной) кривой, а другое — минимальной (максимальной) кривой, как показано на рис.6 (б) например. Следует отметить, что эти домены могут перекрываться друг другом. Таким образом, чтобы гарантировать определение каждого домена, не все из них показаны на каждом суб-рисунке. Например, на рис. 6 (a) домен S1 частично покрывается S3, а S2 и S2 ‘не выражаются, пока они действительно существуют. Когда осцилляторы достаточно близки, соотношение S1> S2> S3> 0 удовлетворяется, как показано на рис. 6 (a). То есть, даже если два пламени упадут до своего минимума, система все равно будет иметь адекватную связь для поддержания синфазной синхронизации.По мере увеличения расстояния домен S3 исчезает, следовательно, S1> S2> 0 = S3, как показано на рис. 6 (b). В этом случае пламя не может поддерживать достаточно сильную связь для поддержания когерентности, если оба пламени достигают минимума, в то время как при антисинхронизации два пламени поочередно достигают минимума и способны поддерживать связь и когерентность. Когда расстояние достаточно мало, S1> 0 = S2 = S3, как показано на рис. 6 (c). В этой ситуации пламя не может поддерживать ни синфазную, ни противофазную синхронизацию, поскольку силу связи большую часть времени недостаточно, и колебания становятся некогерентными, т.е.е., разность фаз между двумя осцилляторами не может быть зафиксирована.

Если предложенная модель верна, то температурная кривая и явления должны соответствовать предсказанию модели. Чтобы проверить нашу модель, мы сделали инфракрасные изображения отдельной группы пламени свечи, когда оно достигает максимума и минимума. Затем рассчитывается кривая распределения температуры, которая рассматривается как эффективный объем излучения одиночного генератора. Температура окружающей среды считается нижней асимптотической линией для кривых, поскольку сила связи с обеих сторон обнуляется, когда кривые переходят в состояние температуры окружающей среды.Мы применяем два набора одинаковых кривых для моделирования распределения температуры связанной системы двух идентичных генераторов. Сравнивая эти смоделированные кривые (d – f) с кривыми, заданными моделью слева (a – c) и реальными распределениями температуры справа (g – i), мы получили согласованные результаты с помощью тех же методов построения графиков. Эти результаты показывают, что наша модель обеспечивает достоверное и содержательное предсказание явлений, наблюдаемых в экспериментах. До сих пор на основе этой модели состояние синхронизации можно было феноменологически объяснить: когда осцилляторы достаточно близки друг к другу, положительная обратная связь теплового излучения приводит к синфазному режиму; когда расстояние становится больше, система должна поддерживать разность фаз π , чтобы оставаться стабильной; когда расстояние достаточно велико, сила связи настолько мала, что генераторы не могут согласовываться друг с другом независимо от разности фаз.

Синхронизация между неидентичными асимметричными осцилляторами и их разность фаз

В симметричной связанной системе наблюдается несколько интересных явлений, и в этом разделе мы изучаем связанную систему из двух неидентичных осцилляторов. Обсуждаются две асимметричные системы. (1) Паттерн «3 + 6», который состоит из осциллятора, содержащего 3 свечи, и одного, содержащего 6 свечей, как показано на рис. 7 (a), а соответствующий анализ изображен на рис. 8. (2) Паттерн «1 + 6», который состоит из осциллятора с одной свечой и другого с 6 свечами, как показано на рис.9 (а).

Рисунок 7

( a ) Асимметричное расположение системы «3 + 6». ( b d ) Временные ряды и разности фаз. Черные пунктирные линии для группы из 6 свечей, сплошные красные линии для группы из 3 свечей и синие пунктирные линии для разности фаз. (См. Дополнительный видеоролик S4) ( b ) синфазная синхронизация (15 мм). –35 мм), ( c ) почти противофазная синхронизация (35 мм – 55 мм), ( d ) некогерентное колебание (> 55 мм).

Рисунок 8

Феноменологическое объяснение механизма синхронизации в асимметричной системе. Каждый столбец располагается по мере увеличения расстояния. ( a c ) Кривые феноменологической модели. ( d f ) Кривые моделирования с использованием данных распределения температуры одной группы, содержащей 3 свечи. ( г i ) Кривые распределения реальной температуры. ( j l ) Инфракрасные изображения.

Рисунок 9

( a ) Асимметричное расположение системы «1 + 6».( b d ) Временные ряды и разности фаз. Черные пунктирные линии для 6 свечей, красные сплошные линии для одиночной свечи и синие пунктирные линии для разности фаз. ( b ) Синхронизация, близкая к синфазной (15 мм – 35 мм), ( c ) синхронизация, близкая к противофазной (35 мм – 55 мм), ( d ) некогерентное колебание (> 55 мм).

Начнем с схемы «3 + 6». Как и в симметричной системе, пламя было синхронизировано и синхронизировано по фазе.Однако, когда пламя очень близко (15–35 мм в наших экспериментах), разность фаз уже не равна нулю из-за ее асимметрии. По мере увеличения расстояния (35–55 мм) система переключается на синхронизацию с синхронизацией по фазе, близкую к противофазе. Когда расстояние больше 55 мм, пламя становится некогерентным, и разность фаз постоянно изменяется. На рис. 7 (b – d) показаны временные ряды для этих случаев. Те же результаты получены в частотной области. Состояние синхронизации, близкое к противофазе, имеет более высокую частоту, которая уменьшается по мере увеличения расстояния между осцилляторами, в то время как состояние, близкое к синфазному, имеет более низкую, но увеличивающуюся частоту.

«Модель перекрывающихся пиков» также может быть применена для объяснения синхронизации в асимметричной системе. Реализованы аналогичные методы, но изменены некоторые детали. Согласно нашей модели, состояние синхронизации должно напоминать синфазный режим, когда расстояние меньше, и противофазный режим, когда больше. Кроме того, в колебаниях должна преобладать большая группа «6», которая имеет более сильную связь. На рис. 8 левыми осцилляторами изображен исхудавший осциллятор, содержащий 3 свечи, в то время как правые кривые обозначают устойчивый осциллятор с 6 свечами соответственно.В отличие от симметричных случаев, эффективные области излучения «3» и «6» не идентичны, следовательно, перекрывающиеся области также не являются симметричными, особенно для областей S2 и S2 ‘, которые определяют силу связи с другими и больше не равны. Для случая, когда S1> S2 (> S2 ′)> S3> 0, осциллятор «6», по-видимому, наложит более сильную силу связи на «3» (что означает, что «6» имеет более высокую температуру или более сильное излучение), таким образом, «3 »Достигнет своего максимального пика раньше, так как его пик ниже« 6 »и появляется определенная разность фаз.Для S1> S2 (> S2 ′)> 0 = S3 эта мода смещается от предполагаемой противофазы с некоторой разницей из-за асимметрии в S2 и S2 ′. Когда расстояние достаточно велико, сила связи становится незначительной и приводит к некогерентности фазы, которая имеет монотонно изменяющуюся разность фаз, вызванную разной собственной частотой для «3» и «6», а не едва меняющейся разностью фаз в симметричной системе. .

Аналогичным образом строятся кривые моделирования и реальные профили распределения температуры, которые соответствуют нашей модели.Наша модель может быть применима и к этому случаю: достаточно замкнутые генераторы, более подверженные воздействию излучения, приводят к синфазному режиму; большее расстояние требует, чтобы система поддерживала одинаковый противофазный режим, чтобы оставаться стабильной; генераторы теряют свою когерентность, когда расстояние достаточно велико.

В конце этого раздела обсуждается шаблон «1 + 6», асимметрия которого гораздо более отчетлива, чем в случае «3 + 6». Как отмечалось ранее, пламя одиночной свечи не колеблется и остается стабильным в изолированной ситуации.Однако, когда генератор «6» расположен рядом (<15 мм), «1» начинает колебаться, что вызвано связью с «6», и демонстрирует синхронизацию, близкую к синфазной, как и в случае «3 + 6». По мере увеличения расстояния, где-то между 15 мм и 45 мм, амплитуда колебаний «1» уменьшается до небольшого значения и отображает противофазную синхронизацию. Когда расстояние больше 45 мм, связь становится настолько слабой, что пламя единственной свечи перестает колебаться и восстанавливает стабильность.Между тем группа «6» все еще колеблется. Соответствующие временные ряды показаны на рис. 9 (b – d), а распределения температуры - на рис. 10. По мере увеличения расстояния температура в середине между двумя пламенами спадает до температуры окружающей среды, указывая на то, что эффективное взаимодействие через радиация становится незначительной.

Рисунок 10

( a , b ) Инфракрасные изображения и ( c , d ) распределение температуры в горизонтальном направлении.( c ) Когда расстояние близко (20 мм), одиночное пламя свечи подвергается воздействию излучения «6» и начинает колебаться. Температура в среднем пространстве между двумя пламенами заметно выше температуры окружающей среды. ( d ) При большом расстоянии (60 мм) сила связи незначительна, и пламя одиночной свечи остается стабильным без колебаний. Температура между ними близка к температуре окружающей среды.

Обсуждение изменений разности фаз в связанных системах

В разделе 3.2 и 3.3, несколько изменений разности фаз наблюдались в различных связанных системах, которые в целом можно разделить на два случая: (1) некогерентная фаза, которая вызвана довольно слабой связью. (2) Дискретно изменяющаяся фаза, которая формирует огибающие во временных рядах и отображает шаги по разности фаз. Их различие и происхождение будут обсуждаться в следующем разделе.

Первый случай изменения фазы связан с большим расстоянием между пламенами, что приводит к слишком слабой связи для сохранения когерентности.Для идеальной симметричной системы разность фаз должна оставаться постоянной даже при большом расстоянии между осцилляторами, поскольку собственная частота осцилляторов одинакова. Однако в нашем эксперименте наблюдается небольшое изменение разности фаз, которое медленно изменяется за половину периода (в пределах π ). На основании наблюдений и анализа такого рода изменения объясняются нестабильным горением свечи. Поскольку пламя длится более 10 секунд, фитили свечей, участвующих в горении, удлиняются и наклоняются наружу, следовательно, пламя теряет свою симметрию и плотность и вызывает неравномерность колебаний.Незначительное изменение амплитуды также вызовет изменения частоты и разности фаз. Для системы с асимметрией ясно, что разность фаз должна изменяться монотонно, поскольку собственные частоты неидентичных осцилляторов различны, как это наблюдается в наших экспериментах.

Во втором случае в наших экспериментах наблюдаются более интересные изменения разности фаз. Рассматривается еще одна асимметричная система «3 + 6», показанная на рис. 11 (c). Амплитуды обоих осцилляторов имеют периодические огибающие.Скорость изменения фазы в этом случае намного выше, чем в первом случае, почти вдвое больше. Такое непрерывное изменение разности фаз, вероятно, связано с периодическими огибающими амплитуды, которые указывают на периодически изменяющуюся частоту.

Рисунок 11

Сравнение нескольких типов изменения разности фаз. Сплошные красные и черные пунктирные линии для временных рядов двух осцилляторов и синие пунктирные линии для разности фаз. ( a ) Симметричная система «3 + 3» на расстоянии 80 мм.Амплитуда каждой группы слегка колеблется, а разность фаз слегка меняется. ( b ) Асимметричная система «3 + 6» на расстоянии 55 мм. Хотя амплитуды практически не меняются, разность фаз монотонно увеличивается, поскольку собственные частоты различны. ( c ) Другое расположение асимметричной системы «3 + 6» на расстоянии 30 мм, что показано желтыми точками в правом нижнем углу. При этом амплитуды обеих групп имеют периодические огибающие, а разность фаз увеличивается «ступенями».(см. Дополнительный видеоролик S5)

Метод численного моделирования

Для моделирования поведения при пожаре использовался вычислительный симулятор гидродинамики Fire Dynamics Simulator (FDS), разработанный NIST. Результаты моделирования сравнивались и оценивались на основе визуальной иллюстрации формы пламени, а также распределения температуры вокруг кончика пламени.

Параметры, связанные с теплом, используемые в имитационной модели, зафиксированы на определенных значениях и могут не полностью соответствовать реальным ситуациям из-за отсутствия оборудования для измерения теплового потока.Сначала мы смоделировали ситуацию, соответствующую разделу 3.2. Чтобы получить подходящие начальные значения для моделирования отдельной группы свечей, мы использовали метод, аналогичный тому, который описан в разделе 3.1, где скорость тепловыделения на единицу площади (HRRPUA) горящей части в модели постоянно корректировался, чтобы найти минимально применимые параметры для группы. Мы также провели моделирование других обстоятельств, чтобы увидеть результат.

Для моделирования вокруг виртуальной свечи была создана область размером 140 × 60 × 200 мм 3 , содержащая 210000 ячеек.Граничное условие было установлено как открытие вентиляционных отверстий для 4 боковых стен и потолка свечи и как холодная инертная стена для пола. Модель свечи была упрощена для уменьшения потребления вычислительных ресурсов, которая состоит из инертного основания свечи размером 11 × 11 × 20 мм 3 и фитиля 5,5 × 5,5 × 10 мм 3 . Основание и фитиль соосно выровнены, а поверхности фитиля имеют одинаковую HRRPUA 1340,0 кВт / мм 2 по умолчанию. Кроме того, свойства горящего воска были взяты из предыдущих результатов измерений.Начальные параметры двух свечей устанавливаются одинаковыми в начале моделирования.

Тот же процесс для двух идентичных генераторов был затем повторен в моделировании. Результаты показаны на рис. 12. По мере увеличения расстояния между ними мы обнаружили синфазные и противофазные колебания на 30 мм и 45 мм. Также, когда расстояние больше 70 мм, осцилляторы становятся некогерентными, что аналогично экспериментальным результатам. Моделирование подтвердило, что режимы синхронизации могут изменяться вместе с увеличением расстояния.Сходство между результатами экспериментов и моделирования также служит подтверждением предложенной феноменологической модели.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *