火
火（英语：Fire）是物质燃烧过程中所进行的强烈氧化反应，其能量会以光和热的形式释放，并会产生大量的生成物[1]。缓慢的氧化反应，例如生锈或消化不在上述的定义中。
火的可见部分称为焰，可以随着粒子的振动而呈现不同的形状，在温度足够高时能以等离子体（第四态，类似气体）的形式出现[2]。依燃烧的物质及纯度不同，火焰的颜色和亮度也会不同。
火必须有可燃物、够高的热或温度及氧化剂三项并存才能生火[3]，根据质量守恒定律，火不会使被燃烧物的原子消失，只是透过化学反应转变了被燃烧物的分子型态。火失控时，常常称作失火或火灾。
所有已知的人类社会都已知用火，火的使用是普世文化通则之一；而在现代人演化出来之前，古代的人属生物，也就是现代人类在生物学上的祖先，如直立人，可能在一百万年前到一百五十万年前或更早，就已知用火。
火是影响全球生态系统的重要因素之一，火的正面影响可以维持各种生态系统以及刺激其成长。人类用火来烹调、生热、产生讯号、照明及推进等。火的负面影响包括水体污染、土壤流失、空气污染及对生命财产的危害[4]。而造成全球温度升高的温室效应，其原因之一就是来自燃烧化石燃料产生的二氧化碳。
性质
[编辑]化学
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燃烧四面体：氧气、热力、燃料和链式反应
当可燃性的物质（燃料）和足量的氧化剂（如氧气、高含氧量的物质或是其他不含氧的氧化剂）混合，暴露在一热源或是高于燃料及氧化剂混合物闪点的温度时，就会起火燃烧，而且可以维持快速的氧化反应．形成链反应，一般会称燃料、氧化剂、热及链反应为燃烧四面体[5]。若没有上述元素，或是比例不对，就无法起火燃烧，例如可燃液体只有在液体和氧气在一定比例内才会燃烧，有些燃料及氧化剂的混合物需要催化剂才能燃烧，催化剂是在反应前后质量维持不变的物质，但有催化剂时，燃料及氧化剂比较可以稳定的燃烧。在火点燃之后，燃料只要可以借由热能的释放来维持本身的温度，就会出现链反应，若是持续的供应燃料及氧化剂，火可能会扩散。
若燃烧的氧化剂是来自周围的空气，重力或是其他加速度来产生对流，将燃烧的产物带走，并且补充氧气，有助于继续燃烧[6]。若没有对流，燃料起火后会立刻被周围的燃烧产物及空气中不可燃的气体包围，火会因没有足够氧气而熄灭。
只要去除了燃烧四面体中的任何一项，火就会熄灭[5]。以一个天然气为燃料的火焰为例，以下方式中的任何一个都可以灭火。
- 将天然气的阀门关闭，移除燃料。
- 将火焰整个盖住，使火焰闷烧，消耗氧气，产生二氧化碳。
- 倒水，快速的将热量移除，用力的吹火焰，使正在燃烧的气体离开燃料源也是一种有效的方法。
- 将阻燃剂（如哈龙）加入火焰中，阻燃剂可以减缓化学反应，让燃烧速率慢到无法持续链反应。
若加快燃烧的速度，火会变强烈。这类的作法包括依反应式的比例平衡燃料和氧化剂的量，提高环境温度，因此可以靠燃烧的发热来继续燃烧，或是加入催化剂使燃料和氧化剂更容易反应。
火焰
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火焰是反应的气体及固体的混合物，会释放可见光、红外线甚至是紫外线，其发射光谱依燃烧物质的化学成分及中间产物而定[7]。大部分的情形，例如燃烧像木头等有机物质，或是气体的不完全燃烧，白炽的炭黑形成熟悉的橙红色火焰 。这类火焰的光谱为连续光谱。气体的完全燃烧会有浅蓝色的火焰，原因为火焰中形成的激发态分子的各种电子跃迁产生的单一波长辐射。火焰一般是和氧气有关，但氢气在氯气中燃烧也会产生火焰，生成氯化氢[8]。其他混合后燃烧会产生火焰的气体包括氟气和氢气，以及太空船的燃料联氨和四氧化二氮[9]。
火焰的发光相当复杂，炭黑、气体及燃料粒子会产生黑体辐射，不过炭黑粒子太小，无法近似为理想的黑体，气体的原子及分子由激态回到基态时也会释放光子。大部分的辐射是在可见光及红外线的范围内，其颜色依在黑体辐射的温度而不同，也和化学物质的发射光谱有关。火焰主要的颜色和温度有关，在一般森林大火的照片中，就可以说明这些差异，例如靠近地面处，也就是大部分燃烧进行的区域，火焰是白色（一般有机物质燃烧产生最高温的颜色）或是黄色。在黄色的区域以上，火焰变成橘色或是红色，温度慢慢降低[10]，在红色区域以上，已不再有燃烧反应．未燃烧的碳粒形成可见的黑烟。
在一般重力下火焰的形状和对流有关，一般火焰的炭黑会漂到火焰的最上方，就像蜡烛的火焰一様，并且发出红色。若在微重力或是无重力的环境中[11]，例如外太空，没有对流现象，火焰会变成圆球形，而且会更蓝[12]，而且燃烧效率更高（不过若没有持续的移动，火焰会因为燃烧后的产物在微重力下无法快速释放，而使火焰熄灭。两者的差异有许多不同的解释，最有可能的是其温度非常均匀，没有产生碳黑，而且造成了完全燃烧[13]。NASA在太空中进行的实验说明在微重力下的冲焰可以比一般重力下的冲焰让更多的炭黑完全氧化，因为微重力下的反应机制和一般重力下的反应机制不同[14]。这些发现在应用科学及工业上有应用价值，包括可以提高燃料效率。
热
[编辑]火会产生热，或是因热接触会有能量的转移。
火和火焰的典型温度
[编辑]- 氢氧焰：约2,000°C（3,600°F 2,273.15°K）以上[15]
- 本生灯焰：约1,300°C（2,372°F 1,573.15°K）至1,600°C（2,912°F 1,873.15°K）[16]
- 喷灯焰：1,300°C（2,372°F 1,573.15°K）[17]
- 蜡烛焰：1,000°C（1,832°F 1,273.15°K）
- 闷烧的香烟：
- 没有抽烟时的温度：点燃部分的两侧：400°C（752°F 673.15°K），点燃部分的中间：585°C（1,085°F 858.15°K）
- 抽烟时的温度：点燃部分的中间700°C（1,292°F 973.15°K）
- 中间的温度会比较高
不同外观火焰的温度
[编辑]燃烧碳的温度可以由火焰的颜色及外观识别[18]：
- 红色
- 勉强可见：525°C（977°F 798.15°K）
- 暗红色：700°C（1,292°F 973.15°K）
- 暗樱桃红色：800°C（1,472°F 1,073.15°K）
- 樱桃红色：900°C（1,652°F 1,173.15°K）
- 亮樱桃红色：1,000°C（1,832°F 1,273.15°K）
- 橘色
- 深橘色：1,100°C（2,012°F 1,373.15°K）
- 亮橘色：1,200°C（2,192°F 1,473.15°K）
- 白色
- 一般白色：1,300°C（2,372°F 1,573.15°K）
- 亮白色：1,400°C（2,552°F 1,673.15°K）
- 刺眼：1,500°C（2,732°F 1,773.15°K）
焰色反应实验证明：火焰温度非由颜色决定，而是借由化学物质的不同，所引发不同的化学反应及火焰温度、颜色。[需要解释]
控制火
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原始人类对火的使用
[编辑]使用火来提供热和光是人类早期伟大的成就之一。早期的人类从自然界产生的火源中保留火种。后来学会使用钻木取火，通过将尖木棍对着木材快速旋转，摩擦生热，取得火源。有以手钻者，有以弓钻者。亦有通过敲击燧石的方式来获得火。学会用火使人类能够到气候较冷的地区定居。火被用于烹饪较易消化的熟食、照明、提供温暖、驱赶野兽、热处理材料等等。考古学研究显示，生活在170万年前的中国元谋人就能有控制地用火。近东人类于79万年前就能自己生火[19]。但使用火的技能约到四十万年前才普及。
近代人类对火的使用
[编辑]燃烧木材是最早的生火方式。树木自古提供人类需要的很多能源（如：篝火、火炬），故称柴或柴火。不同的树木造就不同的柴火。《调鼎集·火》列举各种木柴烹煮：“桑柴火：煮物食之，主益人。又煮老鸭及肉等，能令极烂，能解一切毒，秽柴不宜作食。稻穗火：烹煮饭食，安人神魂到五脏六腑。麦穗火：煮饭食，主消渴润喉，利小便。松柴火：煮饭，壮筋骨，煮茶不宜。栎柴火：煮猪肉食之，不动风，煮鸡鸭鹅鱼腥等物烂。茅柴火：炊者饮食，主明目解毒。芦火、竹火：宜煎一切滋补药。炭火：宜煎茶，味美而不浊。糠火：砻糠火煮饮食，支地灶，可架二锅，南方人多用之，其费较柴火省半。惜春时糠内入虫，有伤物命。”[20]。
到了现代，人类利用火力发电，以煤炭、石油和天然气为燃料产生电力，火力发电约占总发电量的七成[21]。而汽油及柴油等化石燃料也是汽车、机车其至飞机的能量来源。
火和古代传统文化
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火和燃烧常用于宗教仪式和象征。一般至少有两种意义：
- 火和水都代表洁净、消毒，比方说在没有消毒药水的情况下，用来挑刺的针必须先过火以免伤口感染；《圣经·以赛亚书》中，撒拉弗在异象中用火剪从坛上取下红炭来洁净以赛亚嘴唇不洁之罪[22]。
- 燃烧代表将东西寄往灵界，比方说中国民间信仰常常为祖先烧冥钱（或称纸钱或金银纸[23]，广东称之为阴司纸）、纸车子、纸房子等，希望死者在阴间不致缺乏；道教的疏文在仪式近末尾时会被焚烧，以上达天庭；佛教的密宗有火供（或称护摩法），通过燃烧供品来供养佛菩萨、火神等。
琐罗亚斯德教认为，火是阿胡拉·马自达最早创造出来的儿子，象征神的绝对和至善，其庙中都有祭台点燃神火，也被称为“拜火教”[24]。
古代人们理解大自然，尝试为自然现象分类、总结时往往认为火是其中一个不可分割的元素。古希腊人认为世界上所有的物质是由空气、水、泥土和火以不同的比例混合组成的[25]。火也是中国传统文化中五行之一[26]。五行相生相克，其中木生火、火生土、水克火、火克金。天干的丙、丁为火。中医常说上火（广东称之为热气）、去火等，后来被发现跟西医的发炎有关[27]。
中国民间传说中发现火的燧人氏有被列为三皇之一[28]，古称火为“阳之精”。《后汉书》志第十四：“火者，阳之精也。”[29]。明朝思想家顾炎武反对用石取火，他认为用火石取火都会影响寿命。他说：“古人用火必取之木，而复有四时五行之变。《素问》黄帝言：壮火散气，少火生气。季春出火，贵其新者少火之义也。今日一切取之于石，其性猛烈而不宜人，病痰之多，年寿自减，有之来矣。”[30]。
此外，火作为一种象征物常常出现在文学及宗教领域中。《圣经·使徒行传》中，圣灵被喻为舌头如火焰显现并降临[31]；《圣经·创世记》提到，上帝将亚当夏娃赶离伊甸园时，在伊甸园的东边安设了基路伯和四面转动发火焰的剑[32]。
火遇可燃物便能一路沿烧下去，例如三国故事知名的“火烧连环船”，因此火具有“传承”之意，俗称“薪火相传”。在近代有奥林匹克圣火传递的仪式，有传承火焰、生生不息的意义。
参见
[编辑]参考资料
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- ^ 责任编辑：. 西方也有“陰陽五行” 源自古希臘四元素說. News.takungpao.com.hk. 2012-05-09 [2014-04-23]. （原始内容存档于2016-03-04）.
- ^ wikisource:尚书/洪范“五行：一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰土。”
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- ^ 後漢書 志第十四 ‧ 五行二. Sidneyluo.net. [2014-04-23]. （原始内容存档于2016-03-04）.
- ^ wikisource:日知录/卷06#用火
- ^ 参见使徒行传2章1-4节。
- ^ 参见创世记3章24节。
延伸阅读
[编辑]- 《调鼎集》
- Lentile, Leigh B.; Holden, Zachary A.; Smith, Alistair M. S.; Falkowski, Michael J.; Hudak, Andrew T.; Morgan, Penelope; Lewis, Sarah A.; Gessler, Paul E.; Benson, Nate C. Remote sensing techniques to assess active fire characteristics and post-fire effects. International Journal of Wildland Fire. 2006, 3 (15): 319–345 [2014-04-20]. doi:10.1071/WF05097. （原始内容存档于2014-08-12）.
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