Kerzenflamme
Beschreibung
© 2016
- 2026
Basiswissen｜
Zonierte Flamme｜
Zone 1: Verdampfung｜
Zone 2: Blaulicht｜
Zone 3: Glühen｜
Zone 4: Oberfläche｜
Michael Faradays Vorlesungen｜
Zitate von Faraday｜
Versuche｜
Flammentod｜
Schattenwurf｜
Rauchfaden-Zünd-Versuch｜
Plasmatanz｜
Quantenphysik｜
Fußnoten
Basiswissen
Fester oder flüssiger Wachs brennt nicht. Erst wenn das Wachs verdampft ist, verbrennt er mit Sauerstoff. Eine Kerze erfüllt also zwei Aufgaben: sie vergast Wachs und sie transportiert neuen Wachs in die Verdampfungszone. Dies wird hier schrittweise vorgestellt.
Zonierte Flamme
Zone 1: Verdampfung
Verdampfungszone: Hier wird das Wachs verdampft und nur teilweise verbrannt, da Sauerstoff von der Umgebungsluft außen nicht schnell genug nachkommt. Und für eine Verbrennung braucht man immer Sauerstoff. Die Temperatur liegt hier bei etwa 600 bis 800 Grad Celsius.
Dass die Verdampfungszone im Vergleich zu den anderen Zonen der Kerze recht kühl ist, zeigt ein einfacher Versuch. Man nimmt ein einfaches Stück Papier, vielleicht handgroß, und hält es kurz (wenige Sekunden) waagrecht in die Kerzenflamme. Dabei sollte die Mitte des Papierstückes in etwa knapp über dem Docht liegen. [13] Dann zieht man das Blatt wieder heraus und betrachtet es. In der Mitte, wo das Blatt über dem Docht war, ist es kaum verändert. Es sieht unbeschädigt aus. Doch um diese innere Zone gibt es einen dicken Kreis verkohlten Papiers. Am Rand der Flamme, dort wo sie mit Luftsauerstoff in Berührung kommt, ist sie deutlich heißer als im Inneren.
Und noch einen kleinen Versuch kann man mit der Verdampfungszone machen. Man hält ein kleines Röhrchen mit vielleicht 2 oder 3 Millimetern Durchmesser so in die Verdampfungszone, dass der dort entstandene Dampf nach oben durch das Rohr abgeführt wird. Und wenn der Wachsdampf, darum handelt es sich nämlich, am oberen Ende des Röhrchens mit einem Feuerzeug gezündet wird, brennt er dort beständig als eigene kleine Leuchte.
Zone 2: Blaulicht
Blauzone: Die Zone 2 ist der bläuliche Teil. Diese Farbe entsteht durch Strahlungsübergänge angeregter Moleküle der Verbrennungsgase. In dieser Zone steigt die Temperatur bis auf 1000 Grad Celsius an.
Zone 3: Glühen
Glühzone: Hier wird das vor allem aus Kohlenwasserstoffketten bestehende Wachs durch den Verbrennungsprozess zerlegt. Dieser wandelt den Kohlenstoff der Kohlenwasserstoffketten in Kohlenstoffdioxid und den Wasserstoff in Wasserdampf um. Durch einen unvollständig ablaufenden Verbrennungsprozess lagert sich Kohlenstoff zu Rußteilchen zusammen, die bei 1200 Grad Celsius glühen und dadurch das helle Leuchten erzeugen.
- Schwarzrot: 426 bis 593
- Sehr dunkles Rot: 594 bis 704
- Dunkles Rot: 705 bis 814
- Kirschrot: 815 bis 870
- Helles Kirschrot: 871 bis 981
- Orange: 982 bis 1,092
- Gelb: 1,093 bis 1,258
- Gelbweiß: 1,259 bis 1,314
- Weiß: ab 1,315
Nach dieser Tabelle [16], die von Schmieden für glühende Metallteile verwendet wurde, kann man den gelblichen Teil einer Kerzenflamme auf eine Temperatur von etwa 1200 °C schätzen. Siehe auch 👉 Flammentemperatur
Zone 4: Oberfläche
Flammenoberfläche: dies ist die aktivste Zone der Kerze. Die brennbaren Bestandteile aus dem Wachs finden genügend Sauerstoff für die vollständige Verbrennung und erzeugen hier Temperaturen von bis zu 1400 Grad Celsius.
Michael Faradays Vorlesungen
Faraday um das Jahr 1840. Seine erste Weihnachtsvorlesung über Kerzen sollte Faraday erst 9 Jahre später halten.
Ende 1849 [1] und dann noch einmal zum Jahreswechsel 1860/1861 [3] hielt der berühmte englische Physiker Michael Faraday seine Weihnachtsvorlesung über die Chemie der Kerze. Sein Publikum waren Kinder und Jugendliche. Wer heute in der Mitschrift, wird immer wieder auf interessante Fragen stoßen, die das Interesse wach halten. Hier ist eine der ersten Fragen, die Faraday seinen jungen Zuhörern stellte.:
- Lecture 1: A Candle: The Flame - Its Sources - Structure - Mobility - Brightness
- Lecture 2: Brightness of the Flame - Air necessary for Combustion - Production of Water
- Lecture 3: Products: Water from the Combustion - Nature of Water - A Compound - Hydrogen
- Lecture 4: Hydrogen in the Candle - Burns into Water - The Other Part of Water - Oxygen
- Lecture 5: Oxygen present in the Air - Nature of the Atmosphere - Its Properties - Other Products from the Candle - Carbonic Acid - Its Properties
- Lecture 6: Carbon or Charcoal - Coal Gas Respiration and its Analogy to the Burning of a Candle - Conclusion
Ende 1860 und Anfang 1861 wiederholte Faraday seine Vorlesungen in London. Diese Vorlesung wurde auch schriftlich festgehalten. Sie ist die Grundlage für die heute noch immer wieder neu aufgelegten Herausgaben.
Zitate von Faraday
Kerzen bestehen aus einem festen Stoff. Aber nicht der eigentliche Körper der Kerze brennt. Die Flamme sieht man nur oberhalb des Dochtes. Wie kommt der feste Wachs von unten hin zur brennenden Flamme des Dochtes ganz oben?
ZITAT:
"Hier haben wir einen festen Stoff ohne Gefäß, das ihn umschließt; und wie gelangt dieser feste Stoff bis zur Flamme? Wie kommt er dorthin, wo er doch nicht flüssig ist? Oder, wenn er flüssig wird, wie hält er dann zusammen? Das ist das Wunderbare an einer Kerze." [4]
"Hier haben wir einen festen Stoff ohne Gefäß, das ihn umschließt; und wie gelangt dieser feste Stoff bis zur Flamme? Wie kommt er dorthin, wo er doch nicht flüssig ist? Oder, wenn er flüssig wird, wie hält er dann zusammen? Das ist das Wunderbare an einer Kerze." [4]
Auf die zweite Frage gibt Faraday zuerst eine Antwort: dort wo knapp unterhalb der Flamme das Wachs in einer Mulde geschmolzen, also flüssig, ist, ist er gleichzeitig von einer Wand starren Wachses umgeben, der nicht schmilzt. Warum schmilzt der Rand nicht? Hier die Antwort von Faraday:
ZITAT:
"Man sieht also zunächst, dass sich eine schöne Schale bildet. Wenn Luft zur Kerze strömt, steigt sie durch die von der Kerzenhitze erzeugte Strömung nach oben und kühlt das Wachs, den Talg oder den Brennstoff so ab, dass der Rand viel kühler bleibt als das Innere. Das Innere schmilzt durch die Flamme, die am Docht entlang läuft, bis sie erlischt, während das Äußere nicht schmilzt." Und: "Du siehst also, dass die Mulde durch diesen wunderschön regelmäßigen, aufsteigenden Luftstrom geformt wird, der auf alle Seiten wirkt und die Außenseite der Kerze kühl hält." [5]
"Man sieht also zunächst, dass sich eine schöne Schale bildet. Wenn Luft zur Kerze strömt, steigt sie durch die von der Kerzenhitze erzeugte Strömung nach oben und kühlt das Wachs, den Talg oder den Brennstoff so ab, dass der Rand viel kühler bleibt als das Innere. Das Innere schmilzt durch die Flamme, die am Docht entlang läuft, bis sie erlischt, während das Äußere nicht schmilzt." Und: "Du siehst also, dass die Mulde durch diesen wunderschön regelmäßigen, aufsteigenden Luftstrom geformt wird, der auf alle Seiten wirkt und die Außenseite der Kerze kühl hält." [5]
Ein Indiz dafür, dass es der Luftstrom am Rand der Kerze ist, der den Rand kühl und fest hält, liefert eine Beobachtung an Teelichtern. Hier ist der Wachs in großen zylindrischen Metallschalen aufbewahrt. Kein Luftzug kann den Rand des Wachses erreichen. Und tatsächlich kann der ganze Wachs in einem Teelicht nach längerer Brenndauer flüssig werden. In einem eigenen Versuch schmolz die Kerzenflamme den umgebunden Wachs bis zu einem Abstand von mindestens zwei Zentimetern. Das verwendete Teelicht hatte einen Durchmesser von etwa 4 Zentimeter. Und auch die Flamme in einem Teelicht scheint weniger lang nach oben ausgezogen zu sein. Auch das deutet auf die Abwesenheit eines starken Luftstrom direkt rund um den Docht und die Flamme hin.
Wesentlich für die Flamme ist also ein aufsteigender Strom von Luft, der sie von unten mit Sauerstoff versorgt. Diesen Luftstrom kann man sichtbar machen, wenn man mit Hilfe der hellen Sonne oder eines hellen Lichtes den Schatten der Flamme auf weißes Papier wirft. Um die Flamme sieht man dann als Projektion auch den aufsteigenden Luftstrom:
ZITAT:
Flammen-Schatten: "Hier entsteht ein Luftzug, der die Flamme herauszieht – denn die Flamme, die Sie sehen, wird tatsächlich vom Luftstrom herausgezogen und nach oben in große Höhe gezogen [...] Ihr könnt dies beobachten, indem Ihr eine brennende Kerze nehmt und sie in die Sonne stellt, sodass ihr Schatten auf ein Blatt Papier fällt. Wie bemerkenswert ist es doch, dass etwas, das leicht genug ist, um Schatten von anderen Gegenständen zu werfen, seinen eigenen Schatten auf ein Stück weißes Papier oder Karton werfen kann, sodass man tatsächlich etwas um die Flamme herum strömen sieht, das nicht Teil der Flamme ist, sondern aufsteigt und die Flamme nach oben zieht." [9] Siehe auch 👉 Kerzen-Schatten-Versuch
Flammen-Schatten: "Hier entsteht ein Luftzug, der die Flamme herauszieht – denn die Flamme, die Sie sehen, wird tatsächlich vom Luftstrom herausgezogen und nach oben in große Höhe gezogen [...] Ihr könnt dies beobachten, indem Ihr eine brennende Kerze nehmt und sie in die Sonne stellt, sodass ihr Schatten auf ein Blatt Papier fällt. Wie bemerkenswert ist es doch, dass etwas, das leicht genug ist, um Schatten von anderen Gegenständen zu werfen, seinen eigenen Schatten auf ein Stück weißes Papier oder Karton werfen kann, sodass man tatsächlich etwas um die Flamme herum strömen sieht, das nicht Teil der Flamme ist, sondern aufsteigt und die Flamme nach oben zieht." [9] Siehe auch 👉 Kerzen-Schatten-Versuch
Und dieser Luftstrom hat einen Zweck:
ZITAT:
Luftzug-Effekt: "Man beobachtet den Schatten der Kerze und des Dochtes; darin befindet sich ein dunkler Bereich, wie in der Abbildung dargestellt, und ein deutlicherer. Merkwürdigerweise ist das, was wir im Schatten als dunkelsten Teil der Flamme wahrnehmen, in Wirklichkeit der hellste; und hier sieht man den aufsteigenden Strom heißer Luft, wie Hooke ihn beschrieben hat, der die Flamme ansaugt, sie mit Luft versorgt und die Wände des Bechers mit geschmolzenem Brennstoff kühlt." [10]
Luftzug-Effekt: "Man beobachtet den Schatten der Kerze und des Dochtes; darin befindet sich ein dunkler Bereich, wie in der Abbildung dargestellt, und ein deutlicherer. Merkwürdigerweise ist das, was wir im Schatten als dunkelsten Teil der Flamme wahrnehmen, in Wirklichkeit der hellste; und hier sieht man den aufsteigenden Strom heißer Luft, wie Hooke ihn beschrieben hat, der die Flamme ansaugt, sie mit Luft versorgt und die Wände des Bechers mit geschmolzenem Brennstoff kühlt." [10]
TO-DO:
Wie könnte man den aufsteigenden Luftstrom an einer schlanken Kerze unterbinden? Durch eine Krause am Kerzenzylinder? Welche Effekte hätte das? Wird die Flamme ohne Luftstrom rundlicher und wenige hoch? Schmilzt das Wachs am Rand der Kerze in Nähe der Flamme?
Wie könnte man den aufsteigenden Luftstrom an einer schlanken Kerze unterbinden? Durch eine Krause am Kerzenzylinder? Welche Effekte hätte das? Wird die Flamme ohne Luftstrom rundlicher und wenige hoch? Schmilzt das Wachs am Rand der Kerze in Nähe der Flamme?
Aber wie gelangt das flüssig geschmolzene Wachs dann an das obere Endes des Dochts. Die Antwort, so Faraday, liegt in der Kapillarkräften (capillary attraction) des Dochtes:
ZITAT:
"Ich habe hier eine recht poröse Substanz – eine Salzsäule – und gieße nun nicht, wie es scheint, Wasser, sondern eine gesättigte Salzlösung in den Teller unten, die nichts mehr aufnehmen kann. Die beobachtete Bewegung beruht also nicht auf dem Auflösen von Flüssigkeit. Wir können uns den Teller als Kerze, das Salz als Docht und die Lösung als geschmolzenes Talg vorstellen. (Ich habe die Flüssigkeit eingefärbt, damit ihr die Bewegung besser sehen könnt.) Ihr seht nun, wie die Flüssigkeit steigt und allmählich im Salz immer höher kriecht. Solange die Salzsäule nicht umkippt, erreicht die Flüssigkeit die Spitze." [6]
"Ich habe hier eine recht poröse Substanz – eine Salzsäule – und gieße nun nicht, wie es scheint, Wasser, sondern eine gesättigte Salzlösung in den Teller unten, die nichts mehr aufnehmen kann. Die beobachtete Bewegung beruht also nicht auf dem Auflösen von Flüssigkeit. Wir können uns den Teller als Kerze, das Salz als Docht und die Lösung als geschmolzenes Talg vorstellen. (Ich habe die Flüssigkeit eingefärbt, damit ihr die Bewegung besser sehen könnt.) Ihr seht nun, wie die Flüssigkeit steigt und allmählich im Salz immer höher kriecht. Solange die Salzsäule nicht umkippt, erreicht die Flüssigkeit die Spitze." [6]
Nun haben wir eine Erklärung dafür, wie das flüssige Wachs aus der Schmelzmulde durch den Docht nach oben hin zur Flamme aufsteigen kann. Die Antwort ist in den sogenannten Kapillarkräften zu suchen. Jetzt kommt die nächste Frage: wenn es doch das Wachs ist das brennt, warum entzündet sich dann nicht das flüssige Wachs in der Schmelzmulde der Kerze? Oder noch deutlicher: warum kann man mit flüssigem Wachs die Kerzenflamme löschen?
ZITAT:
Löschwachs: "Der einzige Grund, warum die Kerze nicht vollständig am Docht abbrennt, ist, dass das geschmolzene Talg die Flamme löscht. Ihr wisst ja, dass eine Kerze erlischt, wenn man sie umdreht, sodass der Brennstoff am Docht entlang läuft. Der Grund dafür ist, dass die Flamme nicht genügend Zeit hatte, den Brennstoff so weit zu erhitzen, dass er brennt, wie es oben der Fall ist, wo er in kleinen Mengen in den Docht gelangt und die gesamte einwirkende Hitze erfährt." [7]
Löschwachs: "Der einzige Grund, warum die Kerze nicht vollständig am Docht abbrennt, ist, dass das geschmolzene Talg die Flamme löscht. Ihr wisst ja, dass eine Kerze erlischt, wenn man sie umdreht, sodass der Brennstoff am Docht entlang läuft. Der Grund dafür ist, dass die Flamme nicht genügend Zeit hatte, den Brennstoff so weit zu erhitzen, dass er brennt, wie es oben der Fall ist, wo er in kleinen Mengen in den Docht gelangt und die gesamte einwirkende Hitze erfährt." [7]
Die Antwort ist, dass nicht das flüssige Wachs brennt sondern erst das vergaste Wachs. Dazu hat Faraday wiederum ein kleines Experiment vorgeführt. Dieses Experiment kann man leicht mit einer Kerze auch selbst nachstellen:
ZITAT:
Gaszündung: "Ich werde eine dieser Kerzen so ausblasen, dass die Luft um sie herum durch meinen Atem nicht gestört wird. Wenn ich nun eine brennende Kerze fünf bis acht Zentimeter vom Docht entfernt halte, könnt ihr beobachten, wie eine Flammenspur durch die Luft wandert, bis sie die Kerze erreicht. Ich muss schnell und bereit sein, denn wenn ich dem Dampf Zeit zum Abkühlen gebe, kondensiert er zu einer Flüssigkeit oder einem Feststoff, oder der Strom des brennbaren Materials wird gestört." [8]
Gaszündung: "Ich werde eine dieser Kerzen so ausblasen, dass die Luft um sie herum durch meinen Atem nicht gestört wird. Wenn ich nun eine brennende Kerze fünf bis acht Zentimeter vom Docht entfernt halte, könnt ihr beobachten, wie eine Flammenspur durch die Luft wandert, bis sie die Kerze erreicht. Ich muss schnell und bereit sein, denn wenn ich dem Dampf Zeit zum Abkühlen gebe, kondensiert er zu einer Flüssigkeit oder einem Feststoff, oder der Strom des brennbaren Materials wird gestört." [8]
Es ist also nicht das feste und auch nicht das flüssige Wachs das brennt. Erst wenn das Wachs verdampft ist, wird er zündfähig und produziert eine Flamme. Denselben Effekt kennt man auch von einem sogenannten Fettbrand. Man kann Pflanzenöl in flüssiger Form bei Raumtemperatur mit einem Streichholz oder Feuerzeug nicht anzünden. Das Zeug will nicht brennen. Erhitzt man es aber so stark, dass es jenseits des Rauchpunktes Gase bildet, so können diese Gase schlagartig zünden und es kommt zum gefürchteten bis gefährlichen 👉 Fettbrand
Dass der dampfförmige Wachs selbst brennt, das konnte Faraday mit einem eigenen Versuch ohne Kerze und ohne Docht zeigen.
ZITAT:
"Here is some wax in a glass flask, and I am going to make it hot, as the inside of that candle-flame is hot, and the matter about the wick is hot. [The Lecturer placed some wax in a glass flask, and heated it over a lamp.] Now, I dare say that is hot enough for me. You see that the wax I put in it has become fluid, and there is a little smoke coming from it. We shall very soon have the vapour rising up. I will make it still hotter, and now we get more of it, so that I can actually pour the vapour out of the flask into that basin, and set it on fire there. This, then, is exactly the same kind of vapour as we have in the middle of the candle". [11]
"Here is some wax in a glass flask, and I am going to make it hot, as the inside of that candle-flame is hot, and the matter about the wick is hot. [The Lecturer placed some wax in a glass flask, and heated it over a lamp.] Now, I dare say that is hot enough for me. You see that the wax I put in it has become fluid, and there is a little smoke coming from it. We shall very soon have the vapour rising up. I will make it still hotter, and now we get more of it, so that I can actually pour the vapour out of the flask into that basin, and set it on fire there. This, then, is exactly the same kind of vapour as we have in the middle of the candle". [11]
Und solcher dampfförmiger (vaporous) Wachs scheint auch im Inneren der Flamme knapp über dem Docht zu existieren:
ZITAT:
"Here is some wax in a glass flask, and I am going to make it hot, as the inside of that candle-flame is hot, and the matter about the wick is hot. [The Lecturer placed some wax in a glass flask, and heated it over a lamp.] Now, I dare say that is hot enough for me. You see that the wax I put in it has become fluid, and there is a little smoke coming from it. We shall very soon have the vapour rising up. I will make it still hotter, and now we get more of it, so that I can actually pour the vapour out of the flask into that basin, and set it on fire there. This, then, is exactly the same kind of vapour as we have in the middle of the candle". [12]
"Here is some wax in a glass flask, and I am going to make it hot, as the inside of that candle-flame is hot, and the matter about the wick is hot. [The Lecturer placed some wax in a glass flask, and heated it over a lamp.] Now, I dare say that is hot enough for me. You see that the wax I put in it has become fluid, and there is a little smoke coming from it. We shall very soon have the vapour rising up. I will make it still hotter, and now we get more of it, so that I can actually pour the vapour out of the flask into that basin, and set it on fire there. This, then, is exactly the same kind of vapour as we have in the middle of the candle". [12]
Hält man ein Metallröhrchen in die Mitte der Kerzenflamme, kann man damit die entstandenen Wachsdämpfe ableiten. Sie treten am Ende des Metallröhrchens aus und können dort gezündet werden:
ZITAT:
"I will arrange another tube carefully in the flame, and I should not wonder if we were able, by a little care, to get that vapour to pass through the tube to the other extremity, where we will light it, and obtain absolutely the flame of the candle at a place distant from it. Now, look at that. Is not that a very pretty experiment? Talk about laying on gas—why, we can actually lay on a candle! And you see from this that there are clearly two different kinds of action—one the production of the vapour, and the other the combustion of it—both of which take place in particular parts of the candle." [12]
"I will arrange another tube carefully in the flame, and I should not wonder if we were able, by a little care, to get that vapour to pass through the tube to the other extremity, where we will light it, and obtain absolutely the flame of the candle at a place distant from it. Now, look at that. Is not that a very pretty experiment? Talk about laying on gas—why, we can actually lay on a candle! And you see from this that there are clearly two different kinds of action—one the production of the vapour, and the other the combustion of it—both of which take place in particular parts of the candle." [12]
So langsam baut sich ein stimmiges Bild auf: über dem Docht tritt Wachsdampf aus. Dieser ist noch nicht verbrannt. Er verbrennt erst dort, wo er mit dem Sauerstoff der Luft in Verbindung kommt. Das heißt auch, dass die Flamme direkt über dem Docht (eigentlich ist dort keine Flamme) am kühlsten sein muss. Und am Rand und weiter oben ist sie heißer. Das kann man leicht überprüfen.
ZITAT:
"Take a strip of paper, have the air in the room quiet, and put the piece of paper right across the middle of the flame (I must not talk while I make the experiment), and you will find that it is burnt in two places, and that it is not burnt, or very little so, in the middle; and when you have tried the experiment once or twice, so as to make it nicely, you will be very interested to see where the heat is, and to find that it is where the air and the fuel come together." [13]
"Take a strip of paper, have the air in the room quiet, and put the piece of paper right across the middle of the flame (I must not talk while I make the experiment), and you will find that it is burnt in two places, and that it is not burnt, or very little so, in the middle; and when you have tried the experiment once or twice, so as to make it nicely, you will be very interested to see where the heat is, and to find that it is where the air and the fuel come together." [13]
Man nimmt ein Blatt Papier, zum Beispiel einen Kreis oder ein Quadrat von etwa 10 cm Durchmesser oder Kantenlänge. Halte das Stück Papier kurz (wenige Sekunden) waagrecht, das heißt horizontal, in die Kerzenflamme, dicht über dem Docht. In der Mitte bleibt das Papier weiß und heile. Am Rand verkohlt es sofort. Dann halte ein solches Papier etwas höher über dem Docht in die Flamme. Die verkohlten Bereiche zeigen an, wo die Flamme heißer ist als in den weißen unverkohlten Bereichen des Papiers.
Die Flamme ist dort am heißesten, wo die Wachsdämpfe mit Luft zusammenkommen. Luft ist für die Verbrennung wichtig. Es genügt aber nicht irgendeine Luft. Es muss frische, unverbrauchte Luft sein:
ZITAT:
"Here is a jar of air. I place it over a candle, and it burns very nicely in it at first, shewing that what I have said about it is true; but there will soon be a change. See how the flame is drawing upwards, presently fading, and at last going out. And going out, why? Not because it wants air merely, for the jar is as full now as it was before; but it wants pure, fresh air." [15]
"Here is a jar of air. I place it over a candle, and it burns very nicely in it at first, shewing that what I have said about it is true; but there will soon be a change. See how the flame is drawing upwards, presently fading, and at last going out. And going out, why? Not because it wants air merely, for the jar is as full now as it was before; but it wants pure, fresh air." [15]
Versuche
Flammentod
Dass eine Kerzenflamme Sauerstoff zum Brennen benötigt, deutet sich schon dadurch an, dass die Flamme am Rand heißer ist als in ihre Inneren. Man kann der Flamme aber auch den Sauerstoff zum Brennen entziehen. Dann wird sie erlöschen. Die einfachste Methode ist es, ein Glas umgedreht über die Flamme zu stülpen. Sie wird noch eine zeitlang brennen. Wenn sie aber den Sauerstoff aufgebraucht hat, stirbt sie. Eine zweite Möglichkeit ist es, sie mit Kohlendioxid zu ersticken.
Das Video zeigt, wie Kohlendioxid ein Aquarium von unten nach oben auffüllt und dabei nach und nach vorher aufgebaute Kerzenflammen erstickt.
Schattenwurf
Hält man eine brennende Kerze etwa 30 bis 40 Zentimeter vor eine helle glatte Wand und strahlt man die Kerze passend mit einer (nicht zu hellen) Taschenlampe an, dann kann man den Schatten der Kerze gut erkennen.
Bemerkenswert am Schattenbild der Kerzenflamme ist, dass sich der eigentlich gelb glühende und helle Bereich nicht 1-zu-1 auf dem Schattenbild wiedererkennen lässt.
Interessant ist, dass die leuchtende Flamme selbst einen Schatten wirft. Und interessant ist auch, dass die Luft um die Flamme, die ja eigentlich unsichtbar ist, auch ein Schattenbild erzeugt. Siehe mehr dazu unter 👉 Kerzen-Schatten-Versuch
Rauchfaden-Zünd-Versuch
Löscht man eine brennende Kerze, dann steigt vom Docht oft ein stark riechender Qualm oder Rauch auf. Typisch sind dabei sich schlängende fadenartige Formen. Der Rauchfaden besteht aus verdampftem Wachs sowie auf kleinsten Teilchen von flüssigen Wachströpfchen. Feinste in der Luft schwebende Tröpfchen nennt man auch Aerosol.
Die Zündung erfolgt sehr schnell. Abstände von bis zu 5 cm zwischen Feuerzeug und Docht waren in ersten Pilotversuchen schon erfolgreich.
Diesen Rauchfaden kann man mit einem Feuerzeug oder Streichholz leicht wieder zünden. Die Flamme steht erst kurz "in der Luft" und wandert dann blitzschnell Richtung Docht. Oft kann der noch heiße Docht und damit auch die ganze Kerze wieder neu gezündet werden. Mehr unter 👉 Rauchfaden-Zünd-Versuch
Plasmatanz
Die Kerzenflamme besteht aus einem sogenannten Plasma. [18] Bei einem Plasma sind die Elektronen teilweise aus den Hüllen der Atom entfernt. In der Luft hat man dann elektrisch positive und auch elektrisch negative Teilchen. So etwas nennt man ein Plasma. In einem elektrischen Feld würden sich die positiven Teilchen hin zum Minuspol und die negativen Teilchen hin zum Pluspol bewegen. Ein solches Feld kann man zum Beispiel mit einem Van-de-Graaff-Generator erzeugen. [17] Hält man eine Kerzenflamme nahe an eine Nadel, die mit einem geladenen solchen Generator verbunden ist, wird die Flamme deutlich verbogen. Man spricht von einem sogenannten elektrischen Wind. Siehe auch 👉 Van-de-Graaff-Generator
Quantenphysik
Ein sehr simples Experiment führt direkt in die Welt der Quantenphysik. Man nimmt zwei Bleistifte und hält sie parallel eng nebeneinander. Dann blickt man mit einem seiner zwei Augen durch den sehr schmalen Spalt zwischen den Stiften auf eine brennende Kerzenflamme. Dabei hält man die Augen sehr nahe an den Spalt.
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Das Experiment ist keine psychologische Täuschung. Man kann das Interferenzmuster schon mit einer einfachen Webcams aufnehmen.
Mit etwas Geduld und Probiererei sieht man dann irgendwann eine Reihe von senkrechten Streifen, abwechseln hell und dunkel. Das ist ein sogenanntes Interferenzmuster. Seine Entstehung kann weder mit dem Strahlen- noch mit dem klassischen Teilchenmodell von Licht erklärt werden. Vielmehr scheint das Licht auch wellenartige Eigenschaften zu haben. Siehe auch 👉 Einzelspaltexperiment (Kerze)
Fußnoten
- [1] Michael Faraday: Faraday (1791-1867): The Chemical History of a Candle (6 lectures delivered to a young audience in 1849)
- [2] Bill Hammack, Don DeCoste: Michael Faraday’s The Chemical History of a Candle (with Guides to the Lectures, Teaching Guides & Student Activities). ISBN 978-0-9838661-8-0.
- [3] Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes. Online: https://www.gutenberg.org/cache/epub/14474/pg14474-images.html
- [4] "You have here a solid substance with no vessel to contain it; and how is it that this solid substance can get up to the place where the flame is? How is it that this solid gets there, it not being a fluid? or, when it is made a fluid, then how is it that it keeps together? This is a wonderful thing about a candle." In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [5] Zur Schmelzmulde der Kerze: "You see, then, in the first instance, that a beautiful cup is formed. As the air comes to the candle it moves upwards by the force of the current which the heat of the candle produces, and it so cools all the sides of the wax, tallow, or fuel, as to keep the edge much cooler than the part within; the part within melts by the flame that runs down the wick as far as it can go before it is extinguished, but the part on the outside does not melt." Und: "You see, therefore, that the cup is formed by this beautifully regular ascending current of air playing upon all sides, which keeps the exterior of the candle cool." In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [6] "I have here a substance which is rather porous—a column of salt—and I will pour into the plate at the bottom, not water, as it appears, but a saturated solution of salt which cannot absorb more; so that the action which you see will not be due to its dissolving anything. We may consider the plate to be the candle, and the salt the wick, and this solution the melted tallow. (I have coloured the fluid, that you may see the action better.) You observe that, now I pour in the fluid, it rises and gradually creeps up the salt higher and higher; and provided the column does not tumble over, it will go to the top." In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [7] Wachs löscht die Flamme: "The only reason why the candle does not burn all down the side of the wick is, that the melted tallow extinguishes the flame. You know that a candle, if turned upside-down, so as to allow the fuel to run upon the wick, will be put out. The reason is, that the flame has not had time to make the fuel hot enough to burn, as it does above, where it is carried in small quantities into the wick, and has all the effect of the heat exercised upon it." In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [8] "I will blow out one of these candles in such a way as not to disturb the air around it, by the continuing action of my breath; and now, if I hold a lighted taper two or three inches from the wick, you will observe a train of fire going through the air till it reaches the candle. I am obliged to be quick and ready, because, if I allow the vapour time to cool, it becomes condensed into a liquid or solid, or the stream of combustible matter gets disturbed." In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [9] "There is a current formed, which draws the flame out—for the flame which you see is really drawn out by the current, and drawn upward to a great height—just as Hooke has here shewn you by that prolongation of the current in the diagram. You may see this by taking a lighted candle, and putting it in the sun so as to get its shadow thrown on a piece of paper. How remarkable it is that that thing which is light enough to produce shadows of other objects, can be made to throw its own shadow on a piece of white paper or card, so that you can actually see streaming round the flame something which is not part of the flame, but is ascending and drawing the flame upwards." In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [10] Der Kerzenschatten: "You observe the shadow of the candle and of the wick; then there is a darkish part, as represented in the diagram, and then a part which is more distinct. Curiously enough, however, what we see in the shadow as the darkest part of the flame is, in reality, the brightest part; and here you see streaming upwards the ascending current of hot air, as shewn by Hooke, which draws out the flame, supplies it with air, and cools the sides of the cup of melted fuel." In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
ZITAT:
Die Wachzündung: "Here is some wax in a glass flask, and I am going to make it hot, as the inside of that candle-flame is hot, and the matter about the wick is hot. [The Lecturer placed some wax in a glass flask, and heated it over a lamp.] Now, I dare say that is hot enough for me. You see that the wax I put in it has become fluid, and there is a little smoke coming from it. We shall very soon have the vapour rising up. I will make it still hotter, and now we get more of it, so that I can actually pour the vapour out of the flask into that basin, and set it on fire there. This, then, is exactly the same kind of vapour as we have in the middle of the candle". In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
Die Wachzündung: "Here is some wax in a glass flask, and I am going to make it hot, as the inside of that candle-flame is hot, and the matter about the wick is hot. [The Lecturer placed some wax in a glass flask, and heated it over a lamp.] Now, I dare say that is hot enough for me. You see that the wax I put in it has become fluid, and there is a little smoke coming from it. We shall very soon have the vapour rising up. I will make it still hotter, and now we get more of it, so that I can actually pour the vapour out of the flask into that basin, and set it on fire there. This, then, is exactly the same kind of vapour as we have in the middle of the candle". In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [12] Wachsdampf in der Kerzenflamme: "Here is some wax in a glass flask, and I am going to make it hot, as the inside of that candle-flame is hot, and the matter about the wick is hot. [The Lecturer placed some wax in a glass flask, and heated it over a lamp.] Now, I dare say that is hot enough for me. You see that the wax I put in it has become fluid, and there is a little smoke coming from it. We shall very soon have the vapour rising up. I will make it still hotter, and now we get more of it, so that I can actually pour the vapour out of the flask into that basin, and set it on fire there. This, then, is exactly the same kind of vapour as we have in the middle of the candle". In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [13] Rohrflamme: "I will arrange another tube carefully in the flame, and I should not wonder if we were able, by a little care, to get that vapour to pass through the tube to the other extremity, where we will light it, and obtain absolutely the flame of the candle at a place distant from it. Now, look at that. Is not that a very pretty experiment? Talk about laying on gas—why, we can actually lay on a candle! And you see from this that there are clearly two different kinds of action—one the production of the vapour, and the other the combustion of it—both of which take place in particular parts of the candle." In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [14] Flammentemperatur: "Take a strip of paper, have the air in the room quiet, and put the piece of paper right across the middle of the flame (I must not talk while I make the experiment), and you will find that it is burnt in two places, and that it is not burnt, or very little so, in the middle; and when you have tried the experiment once or twice, so as to make it nicely, you will be very interested to see where the heat is, and to find that it is where the air and the fuel come together." In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [15] Frischluft nötig: "Here is a jar of air. I place it over a candle, and it burns very nicely in it at first, shewing that what I have said about it is true; but there will soon be a change. See how the flame is drawing upwards, presently fading, and at last going out. And going out, why? Not because it wants air merely, for the jar is as full now as it was before; but it wants pure, fresh air." In: Michael Faraday: A Chemical History of the Candle. A COURSE OF LECTURES DELIVERED BEFORE A JUVENILE AUDIENCE AT THE ROYAL INSTITUTION. 1860/1861. Edited and published in 1908 by William Crookes.
- [16] Chapman, W. A. J. (1972). Workshop Technology, Part 1 (5th ed.). Burlington, MA: Elsevier Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0713132694.
- [17] "A negatively charged sphere of a Van de Graaff generator attracts positive ions in the candle flame plasma. Although flame plamsa normally moves upwards in the heated convection stream, it is pulled down towards the sphere as the heavy positive ions are attracted and pull all other components of the flame down with them, including low-density negatively charged components." In: M. Ikeya, “Earthquakes and animals: from folk legends to science”, World Scientific, 2004, ISBN 9812385916 ISBN 9789812385918, 295 pages. Page 196.
- [18] "A candle flame is a plasma, as are all the stars in the Universe." In: Kenneth R. Lang, Sun, earth, and sky, Springer, 2006, ISBN 0387304568, ISBN 9780387304564, 284 pages. Page 25.
- [19] Zum Ruß (englisch: soot): "The candle flame can be approximated as a diffusion flame, with the wax serving as fuel and the wick serving as transport mode of the fuel by capillary forces. Air is the oxidant, transported by convection vertically along the flame. In fuel rich regions of the flame, large quantities of soot particles form. The yellow incandescent light making up the majority of the flame is the result of soot oxidation in the flame." In: Joakim Pagels et al.: Chemical composition and mass emission factors of candle smoke particles. Journal of Aerosol Science. Volume 40, Issue 3, 2009, Pages 193-208. ISSN 0021-8502. Siehe auch 👉 Rauchfaden