저는 지금 호주의 Queensland 주립대에서 현대물리학을 전공하고 물리학과 열역학, 반도체공학을 강의 하고 있습니다.
아래에 불에 대해서 궁금하신분이 있으신 것 같아서 글을 작성하였습니다. 그 글이 오래된 글이라 답글을 읽지 못하실 것 같아서 새 글로 작성을 하게되었습니다.
결론부터 말하자면 불은 순전히 에너지 입니다.
기본적으로 이는 뉴턴의 운동에너지와도 관계가 있습니다. 원자운동에 대한 이야기 이기 때문입니다.
또, 이 문제는 양자역학까지 관계가 있습니다.
각설하고, 모든 물질은 분자로, 원자로 구성되어 있습니다.
가많이 보면 물질은 움직이지 않는 것 처럼 보이지만 원자와 분자는 수많은 진동을 합니다.
전자는 원자 주변을 정상파를 형성하며 분포해 있고 원자간에 에너지는 격자진동(Lattice Wave)에 의해서 전달됩니다.
우리의 살갖에 있는 탄소원자등도 원자들간에 격자진동이 끊임없이 일어나고 있습니다. 그런데 뜨거운 물체는 그 진동이 더 큽니다.
따라서 뜨거운 물체를 만지게되면 그 격자진동이 낮은 주기를 갖는 진동의 원자에 전달되고 거기서 에너지가 발생되어 뜨겁다는 것을 느낄 수 있게됩니다.
이러한 것들은 모두 초끈이론과 연결이 되어있는데, 이 글에서는 모두 설명할 수 없으니 넘어가겠습니다.
불의 3요소는 탈것과, 발화점 이상의 온도, 그리고 산소인데,
탈것이라 함은 어떠한 원자들이 일정한 구조를 갖고(BCC,FCC등 모든 물질은 격자를 이루고 있습니다 Bravis의 격자구조) 격자진동을 하고 있는 원소들의 집합체를 말하는 것이고.
발화점 이상의 온도는 원래 물질 원자들의 결합을 끊고 산소원자를 결합 시키기 위해 필요한 에너지를 말합니다. 이로 인하여 모든 물질의 발화점온도는 다른 것 입니다.
산화현상은 산소가 결합되기 때문에 당연히 산소가 필요합니다.
불이 생길때의 열과 빛은 다음과 같이 설명됩니다.
열은 대기중의 질소,산소,등 대기의 원자들이 또한 기체상태로(기체상태는 격자가 없습니다) 이 에너지를 전달하게 됩니다.
격자 구조를 이루고 있지는 않지만 격자 진동이 아닌 원자간의 진동으로 에너지가 전달됩니다.
따라서 대류로 전달되는 열이 직접 전달되는 열보다 낮은 것 입니다.
빛은 자연발생 현상입니다. 빛이 왜 생기냐고 물어본다면 대답할 수 있는 사람은 아무도 없습니다. 이는 마치 이 세계는 왜 존재하는가와 같은 맥락의 질문입니다.
전자가 여기되면서 빛을 발하는 광전도 현상이 왜 일어나는가 하는가와 같은 질문입니다.
보여지는 색깔은 분자스펙트럼에 의해서 달라집니다.
산화시 분자의 에너지준위 사이에서 전이가 일어나므로 스펙트럼을 관찰할 수 있는데, 빛의 흡수나 그의 역과정에서 빛을 방출하는 이 분자 스펙트럼은 각 원소마다 색이 다릅니다. 따라서 탈것에 따라, 온도에 따라(발화점 차이에 따라) 색이 다르게 나타나게 되는 것 입니다.
그리고 불이 위로 일렁이게 보이는 이유는 결합손이 느슨해진 탈것의 원자나 분자가 떨어져 나오면서 산소와 결합하고 새로운 물질을 구성하는데 이때 원물질의 결합이 한번에 다 끊어지는 것이 아니고 에너지 전달이 가장 빠르게 일어나는 바깥쪽부터 결합이 끊어져(산소가 빨리 닿는), 아주 미세한 입자가 되어 밀도와 질량이 낮아지고 대기중의 온도보다 높아지기 때문에 상승하기 때문입니다. 따라서 불꽃은 위로 일렁이게 됩니다.
따라서 우리가 흔히 보는 불은, 예를 들어 목재를 태울때 보이는 불빛은 목재의 외부 원자에 에너지가 주어지고 이 에너지에 의해 원자들이 더 크게 진동하고 결합손이 끊어져 미세한 입자가되고 이 미세한 입자가 산소와 결합하여 산화가 되면서 열과 빛을 방출하며 대기중으로 흩어 지게 되는 것을 말합니다(에너지 보존 법칙에 의하여 이 에너지는 대기에 전달됩니다. 외에 엔트로피라는 개념이 있는데 이는 생략하겠습니다).
