Regiões da chama de uma vela e relação com a temperatura

31 de janeiro, 2022 às 13:22 | Postado em Estrutura da matéria, Gás e vapor, Radiação

Nos livros didáticos de física são geralmente mostradas imagens de chamas de coloração azul e amarela. É utilizado a emissão de radiação de um corpo negro para explicar o fato da temperatura da chama azul ser maior que da chama amarelada.

Quando analisamos uma vela vemos três regiões distintas. A primeira e mais interna é azul com menor temperatura. Em seguida mais externo segue uma coloração amarelada com temperaturas superiores e por último uma região incolor onde ocorre a combustão completa do hidrocarboneto presente na parafina onde a temperatura é maior que nas anteriores.

Minha dúvida é exatamente o fato da chama com menor temperatura ser azul nesse caso.

A radiação de corpo negro sempre se dá em um largo espectro de frequência em acordo com a  Lei de Planck e nunca de forma discreta, monocromática.  A figura 1 apresenta a tonalidade da cor emitida por um corpo negro quando sua temperatura varia entre 800K e 12200K.

Portanto para temperaturas acima acima de 6000K a tonalidade da luz emitida pelo corpo negro é um branco azulado, com mais azul conforme a temperatura aumenta.

A figura 2 mostra que a chama de uma vela possui regiões com cores diferentes. A parte superior da chama, emitindo a característica luz amarela, acontece graças à radiação de corpo negro de minúsculas partículas de fuligem que se encontram em temperaturas superiores a 1000K. Michael Faraday em 1861 notou que esta região de onde se origina a luz amarelada de uma vela, quando fortemente iluminada por outra fonte luminosa, produz sombra, evidenciando assim que ali não existe apenas gás mas também minúsculas partículas sólidas (fuligem) que são responsáveis por irradiar luz. Entretanto a parte baixa da chama, de onde se origina também a luz azul, não projeta sombra, sendo constituída por apenas gás.

A figura 3 permite se observar melhor a parte baixa da chama na qual se encontram regiões que emitem luz azul. É importante notar que o azul é bem “vivo”, quase monocromático, muito diferente do azul esbranquiçado que se observa na região de temperaturas mais altas da figura 1.

De fato a região inferior da chama é “fria”, com temperatura bem mais baixa do que na região na qual a luz é produzida por radiação de corpo negro da fuligem. Entretanto suficientemente alta para que se produzam processos químicos de decomposição da cera ou parafina (termólise) em cadeias de hidrocarbonetos mais curtas que posteriormente queimarão, aquecendo a região superior da chama. Nesta região onde acontece a termólise ocorre um processo de emissão de luz que nada tem a ver com a radiação de corpo negro, a quimioluminescência. Vide mais sobre o tema em Química da vela.

“Docendo discimus.” (Sêneca)