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烟花原理是什么 小金鱼烟花原理是什么

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烟花是怎么样形成的? 我有两个答案: 一.焰火中含有大量的发色剂,它们其实是各种不同的金属盐类。这些金属盐在高温下能产生各种不同的光芒。比如,钠盐发黄光,锶盐发红光,钡盐发绿光,而铜盐则发蓝光,所以焰火的颜色五彩缤纷。 二.是利用了不同的添加剂,它们的形状、燃点、爆炸性质、产生气体等等因素影响了烟花燃放后的飞行路线,从而形成不同的效果,具体如下: 烟花燃放后为什么会有变化无穷的效果呢?这是利用烟花药剂燃烧时产生的各种烟花效应的结果。 1、发光效果 发光效应是烟花药剂的一种主要效应。无论是能起照明作用的照明剂,还是能产生亮星的药剂,能产生一闪一熄的效果药剂,它们所产生的烟花效果都离不开发光效应。 利用烟花药品剂燃烧后产生的发光效应,在药剂中如增加金属粉(如铝粉、镁铝合金粉等)在药剂燃烧时即可生成固体和液体生成物,则离解出大量的光能和热辐射,发光强度有数十万国际烛光,温度可达数千度。烟花药剂就是利用这种发光效应而起到照明作用的。再利用这种发光作用,可制造出大小不一和形状不同的各种照明灯(弹)。 有的药剂被点燃后除了能产生一定光色外,还能在光截体中喷出许多金黄色或钢色,或是白色的亮星,把这种现象称为“喷波”(或拉波)。这种现象的产生也是利用发光效应。当将硬木炭粉或铝粉、铁粉加入药剂中,燃烧后有一些颗粒在光截体中没有完全燃尽被喷出,这些被喷出的颗粒再遇见空气中的氧,就会发生第二次燃烧反应,从而产生不同颜色和一定亮度。硬木炭粉可产生金黄色小星;铁粉可产生钢兰小星;铝粉可产生白色小亮星,利用喷波的作用,即可制造出各种烟花形象,如可制成金黄色、白色、钢兰色的各种喷花;或能产生乱窜的蝌蚪游水般的零部件(称为曲率)以及翻跟头的部件(称为绣球)等等。 有的药剂被点燃后能强烈地燃烧产生一定亮变和光色,并产生一亮一熄的脉冲现象。这种效果我们称为闪烁,也是利用发光效应的一种。在药剂中除了加入金属粉外,还要加入易产生大量的固体和液体生成物的材料。这样即可使药剂燃烧后,由于有金属粉存在则会产生较高的温度和较大的亮度,当固体和液体的残渣覆盖下一层等待燃烧的药剂时,即会出现低温辐射给人一种熄灭的感觉。当下一层药剂被点燃后,又会产生高温和较大的亮度。紧接着又用固体和液体残渣覆盖再下一层的药剂,以此推类,则会出现一亮一灭的现象。我们利用这种一亮一熄的脉动现象,可制造出有如雪花飘飘、红星闪耀等烟花成品和各种零部件。 大型烟花和空中礼花产生烟花效果时,同观众的眼睛直线距离一般都不少于数十米,甚至数百米,如果它们产生的光色暗淡,则不会收到较好的效果。这就要求这二类烟花除了光色正确外,还要有一定的亮度。这也即是说除了要求获得色纯度比较高的火焰外,同时也要利用药剂的发光效应使火焰具有鲜艳的效果,要想获得美丽鲜艳的火焰,也必须加入一定量的金属粉。 2、焰色效应 烟花药剂燃烧时除了能发光外,还要产生不同颜色的火焰。火焰颜色是由于烟花药品剂燃烧时,它的各组成成分间起了某种化学反应生成了某些原子或分子,这些分子或原子以一定的频率振动,在可见光谱范围内呈现一定波长的谱带或谱线,从而使火焰着色成为有色火焰,这种现象称为“焰色效应”。 根据产生焰色效应的原理,可以制成各种颜色的火焰,其办法即是在烟花药品剂中,加入一些能使药剂燃烧时火焰能染成需要颜色的物质。例如:红色火焰是利用氯化锶的分子辐射光谱;绿色火焰是利用氯化钡、氧化钡的分子辐射光谱;兰色火焰是利用氯化铜分子辐射光谱。橙色和紫色火焰则是利用光谱色混合规律而创造出来的,用红色光和黄色光可配成橙色光;用红色光和兰色光可配制成紫色光。采用这些燃烧后能产生有火焰的药剂,可制成各种色彩鲜艳的发光体(如药柱、药球、药粒),可制成一面旋转一面喷花的转花;可制成被点燃后连续射出各种色彩球的魔术棍;可制成在空中构成非常鲜艳无比、变化无穷的各式各样的花形图案等等。 3.声响效应 某些烟花药剂在某种容器中,被点燃后有的由燃烧转为爆燃而发出闪光的雷声;有的由于产生的气体从喷孔中能发出悦耳的哨声或笛声;有的能产生类似鸟叫或嗡子声音,我们管这种现象称之为“声响效应”。 利用烟花药剂燃烧时能产生声响效应,可制造和设计出许多种烟花零部件和成品。 如将黑火药系列的药剂装在纸筒中,两头压上泥塞的纸筒中,在药剂上边再扦上一根引线,引燃后会产生悦耳的哨子声或笛子声。 如将高氯酸钾和铝粉等混合后装在纸筒中并封闭严实或用几层纸条缠紧成包状,用导火索点燃会产生爆炸声和耀眼的闪光。 利用这些“声响效应”可制成如称为筒雷、包雷、嗡子、小鸟、哨子、笛子等部件,再采用这些部件又可以配成许多种大小烟花和空中礼花,如:小火箭的“响弹”,大型烟花的“百鸟齐鸣”,空中礼花的“雷鸣花开”等等。 4.气动效应 某些药剂燃烧后能产生大量的气体,能使纸制品旋转或升到空中,或连续喷出彩星,或连续射出烟花部件(如彩星、哨子等),或将壳体炸开,这些现象的产生,就是由某些烟花鞭炮药剂燃烧后产生的气动效应造成的。 利用烟花药剂燃烧后能产生的“气动效应”在药剂中加入能燃烧反应剧烈和产生大量气体及有一定燃烧速度的成分,可制成能产生不同烟花效果的喷花、射珠、旋转、火箭、升空等类型的烟花,以及构成各种花形图案的空中礼花。 利用烟花药剂燃烧时产生的气体,由纸管孔中间向外喷射产生的反作用力,可使烟花围绕一个轴心旋转,并喷出彩色的火焰,可制成手持、悬吊、地面等类型的各种小型烟花,也可制成大型的悬挂烟花,可制成用于空中礼花的大小型旋转的部件,并以它们为主体可配制成如“钢花四射”,“彩轮飞舞”等品种的礼花。 利用属于黑火药系列的药剂作喷射药,将它们和许多小药粒混合均匀装入纸管中,药剂被点燃后会产生大量气体,点燃药粒将它们从纸管喷出。可配制成各种手持类、地面类小型烟花(如“春花怒放”、“凤尾花”等)也可配制成各种大型地面烟花。利用小粒黑火药或类似的粒状药作发射药,在药剂上边再放上药块或曲率等部件。当发射药被点燃后会产生大量气体,能将零部件引燃并抛到空中。有的连续射出单色或多色的彩星;有的一声哨子叫并在空中开一朵小花。在大小烟花和空中均可采用,例如应用在低空抛射式小型烟花中抛出烟火零部件和手持小型烟花的夜明珠中连续射出彩星。 利用黑火药系列药剂,压装在火箭纸管中,被点燃后会产生大量气体由喷孔中喷出,受空气摩擦产生声响,并使火箭的发射载体飞到空中。在火箭载体上边再装上药块和喷射药,会在空中呈现一朵小鲜花,如装入一些小炮,会在空中产生炮竹数响。 利用燃烧速度比较快又能喷出小亮星(称为“波”)的有光色的药剂,装在有喷孔的纸管中,被点燃后可喷出一定光色的火花和许多“波”,会在空中形成独特美丽的图案。应用在制造烟花零部件中可设计成“波曲率”、“绣球”。并可应用在大小型烟花和大型烟花“红太阳”中的喷花管和小型烟花“金盘玉盏”。 烟花制品有时需要用某些类似猛炸药的专用爆炸药(如稻壳炸药、谷糠炸药、棉籽炸药等)。这些类似猛爆药性质的专用炸药管,被点燃后能产生大量气体,会炸开制药的外壳,并将在制药中的零部件抛出或点燃,这也是利用烟花药剂燃烧产生气动效应的一种现象,这种烟花的专用炸药广泛应用在空中礼花中,也可用在大小型烟花中。 5.发烟效应 烟花药剂燃烧时能产生发光、焰色、声响和气动效应外,还能产生发烟效应。在含有氧化剂、可燃剂和有机染料的烟花药剂中,由于燃烧时氧化剂和可燃剂反应放出热量,使有机染料直接升华成蒸气,并在大气中冷凝成为有色烟,这种现象我们称为“发烟效应”。 根据上述产生有色烟的原理,可制成各种颜色的烟云。加入酞青兰可获得兰色烟;加入碱性嫩黄O可获得黄色烟;加入烟雾红可获得红色烟;加入槐黄和次甲兰可获得绿色烟。 为了获得有色烟,在药剂中只能应用有机染料,不能使用金属可燃物,否则会使染粉分解。
烟花的物理学原理,它的大小、形状和颜色是怎么来的?

“故人西辞黄鹤楼,烟花三月下扬州。”——《黄鹤楼送孟浩然之广陵》李白

燃放烟花在我国有着悠久的历史,从古代的诗句中可以看到众多的文人墨客都对烟花有过描述。在现代的大型活动,或比较重要的节日中,都少不了通过燃放烟花来庆祝的环节。但是当我们看到烟花时,为什么有些烟花高有些烟花低?为什么烟花会产生不同的形状?为什么烟花有五颜六色的颜色?

所以我们今天要说的是:烟花是如何工作的?它都包含哪些物理学原理。

烟花原理是什么 小金鱼烟花原理是什么(图1)

我们从三种简单的原料开始:硫磺、木炭和硝酸钾。

木炭并不是我们家里使用的煤球,而是有机物(如木材)在被烧焦或被热解后,所留下的碳残留物,因为有机物中所有的水分都被带走后就会剩下碳。硝酸钾可以从硝土中提取出来,来源包括鸟粪和蝙蝠粪便,还有硝土也会存在于厕所、猪、牛栏屋,庭院的老墙脚,崖边,岩洞以及不易被雨水冲洗的地面。硫磺可以从天然硫矿制得,或将黄铁矿和焦炭混和在有限空气中燃烧制得。

现在我们把这些材料准备好,拿一个研钵和杵,把它们混合在一起,就会得到一种黑色粉末。

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这个黑色粉末其实就是火药。接下来我们只需要的一些氧气和一个很小的热源就可以将其点燃。实际上硝酸钾就是很强的氧化剂,火药燃烧的氧气就来源于此,因此烟花甚至可以在没有氧气的外星球上燃放。所以,等我们哪天登上火星,可以在火星上来一场烟花表演。

至于点火源,这更简单,一根火柴足以。

当我们把一切准备就绪,划根火柴会发生什么?

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瞬间火光四溅,并伴随“砰”的一声,如果你跑的慢一点,有可能手还会被熏黄。但是,一个简单的“爆炸”并不是烟花,这只是烟花的一部分。真正的烟花要比这复杂的多。

想要制作一个好的烟花需要考虑四大要素:高度、大小、形状和颜色。爆炸的火药只是后三种情况的催化剂,是一个烟花的开始。

在这四个要素中高度最容易理解。

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因为发射烟花的方式和发射炮弹的方式是一样的!在一个底部封闭的管道中,放入推进火药,点燃以后就可以利用火药燃烧产生的高温气体将烟花“炮弹”推射出去。

烟花“炮弹”的高度取决于初始速度,烟花越大需要的初始速度越高。一个小型的烟花表演发射的烟花“炮弹”直径在5厘米到15厘米之间,打出的炮弹高度在60-150米之间。一个大型烟花表演,烟花“炮弹”的直径高达近1米,这些烟花打出的高度通常超过300米。

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烟花“炮弹”在被底座炮筒打出的那一刻,如果一切正常引信就会被点燃,并在上升的过程中燃烧。出于美观和安全的考虑,我们需要将大型烟花尽可能发射到更高的高度。因为高度越高,烟花就越好看,能看到的人也就越多,而且更加安全,毕竟烟花也是火。

更大的烟花不仅需要更大的升力,还需要更大的爆发力来推动烟花的爆炸!所使用的升力必须足以将烟花发射到上面描述的必要高度,这也解释了为什么更大的烟花会发射到更高的高度。

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只要烟花“炮弹”不是“哑弹”,只要引信点燃并以适当的速度燃烧,烟火“炮弹”将在其飞行的顶点或附近爆炸。高一些的烟花通常会更大一些,因此会更有美感,也更安全。但是是什么决定了烟花壮观的形状呢?为了找到答案,我们需要了解烟花的内部结构。

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烟花的三种基本类型。

烟花有许多不同的风格,但有三个重要的因素,炮弹里的火药的类型、装药方式和星体。

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炮弹里的装药可以是简单的火药,也可以是更复杂的炸药,装药方式可以是简单的一级装药(在空中爆炸一次)甚至是多级装药(在空中爆炸多次)。另一方面,炮弹里的星体在爆炸后可以向各个方向发散,产生更为壮观的美丽景象。

而星体的发射方向和模式取决于烟花的组合方式,每一级的火药爆炸都可以把星体推到事先设计的模式或方向上。星体在空中的排列方式就产生了我们看到的各种形状。

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在每一级的烟花“炮弹”爆炸时,内部的单个星体都会被点燃。这是烟花最有趣、最壮观的部分。

而每个星体内部还装有火药,为其提供推力,例如使单个星体旋转、上升或向任意方向推进,这些星体也是烟火中绚丽的光和颜色的来源。

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这些星体是如何决定烟花的颜色?最简单的解释是不同的元素和化合物有不同的特征发射谱线。举个例子,如果把钠加热,它会发出特有的黄色光,因为它在588纳米和589纳米处有两条非常窄的发射线。(街边的钠灯,里面就充着钠蒸汽。)

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我们有各种各样的元素和化合物,它们会发出各种各样的颜色!不同的钡、钠、铜和锶的化合物可以产生覆盖大量可见光谱的颜色,而烟花中嵌入的不同化合物是我们看到的各种颜色的原因。如下图所示:

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这就是烟花的工作原理,从发射到合适的高度,再到爆炸,再到烟花表演的大小、图案和颜色!当然,我们唯一没有提到的是烟花爆炸时会发出的“砰”的声音,这是最简单的!

火药爆炸会产生向外移动的压力波。在压力波的前面,压力会达到非常高的水平,是正常大气的许多倍。我们听到的“轰隆”声仅仅是因为空气压力的快速变化的结果,这就是所有的声音产生原因,一种压力波。

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这就是烟花的物理原理!下次我们在看到烟花表演时,你不仅可以欣赏美丽的景色,还知道了其中的原理。你也可以给你身边的他/她讲一下,烟花为什么是五颜六色的?为什么会表现出特定的形状?说不定,他/她会对你刮目相看。

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