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因此,该反应放热放能。
点火后,反应发生得非常迅速,类似于能量的迸发。
烟花中的火药既是推进剂,也是炸药。
火药中的燃料包括碳和硫。
除此以外,也有其他可燃物质被用于烟花,如糖(用于烟幕弹)、硅和硼(主要用于引信)以及铝、镁和钛等金属元素。
金属元素与空气中的氧气接触燃烧,产生高温并发出非常强的亮光(镁也用于摄影,以产生拍照时经典的闪光,见第一章第5节)。
金属元素还用于产生伴随烟花爆炸时的发射光,十分引人注目。
烟花表演中看到的光基本上来自3种机制:白炽、原子发射和分子发射。
爆炸释放出的热量会使固体粒子达到高温状态,发射出宽范围的辐射光谱(白炽:某些物质由于处在高温状态下而发光的现象)。
温度越高,发出的辐射波长越短。
例如,镁燃烧产生的氧化物粒子的温度可达到3000℃,这个温度会导致物质发出非常强烈的白光。
用高氯酸钾(KClO4)和铝的混合物也可以获得类似的闪光。
许多金属原子一旦因接收到了能量而被激发,就会发出属于可见光(波长为380~780纳米的电磁辐射)区域的电磁辐射。
每种金属元素都有自己的发射光谱,该光谱的特点就是有明确的波长值(因此也有明确的颜色)。
辐射的发射是由于能量较高的轨道(电子被激发后到达的轨道)和能量较低的轨道之间的电子跃迁。
每个电子跃迁都确定了一个光子的发射,而这个光子的能量就等于发生跃迁的两个轨道之间的能量差。
类似的机制也适用于那些一旦被激发就能发出辐射的分子。
另外,激发分子也需要提高温度,但如果温度过高,分子就会分解,因此温度的把控尤其重要。
烟花表演中所看到的颜色来自物质的原子发射和分子发射,而这些物质是通过向火药中添加特定的焰色添加剂而形成的。
因此,为了获得红色,我们添加了锶(Sr)的化合物,它会产生波长在605~682纳米的辐射。
黄色是通过使用钠(Na)的化合物获得的,这种化合物发射波长为589纳米的辐射。
添加钡(Ba)的化合物可以发出绿色,它发出的辐射波长为507~532纳米。
烟花制造者要解决的一个难题是如何制得蓝色的烟花,因为没有任何元素会发出这种波长的辐射。
氯化亚铜(CuCl)的使用解决了这个问题。
只要温度保持在一个精确的范围内,氯化亚铜分子就会发出美丽的蓝色辐射。
然后,通过结合不同的物质还可以获得特定的颜色。
例如,紫色是从氯化锶(SrCl2)和氯化铜(CuCl2)的联合发射中获得的。
除了颜色,烟花在天空中描绘的“图案”
也很重要。
弹道方面由烟花的构造方法来调节。
装填的火药作为推进剂,将火焰带到高空。
在发射的那一刻,还点燃了延时引信,以便爆炸在高空中发生,最后爆炸就会诱发焰色反应。
发射筒的结构可以实现多次连续的爆炸,产生奇异的效果。
我们说,烟花技术的发展基本上是建立在经验的基础上,并由少数家族世代相传。
直到最近,科学界才开始研究这一主题。
也因此,关于烟花技术的文献不是很多。
在过去的作品中,值得一提的是范诺西奥·比林吉奥(Vannuccio,1480—约1539)的《论烟火》(Delapiroteia)。
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