Hoří, má panenko

Taková banalita a do vánočního čísla novin? Určitě lepší než třeba popisovat porcování kapra. Svíčky k Vánocům patří, to ví každý. Bez svíček na vánočním stole by byla štědrovečerní hostina tak trochu neúplná. Hloubavější povahy by možná pohled na obyčejnou svíčku mohl přivést k úžasu a k otázce, jak ta věc vlastně funguje.

Není to zase tak dávno, co se svíčky začaly používat. A vlastně nebylo jejich používání ani tak moc běžné, jak máme všeobecně zažito. Tento vynález neznámého badatele byl totiž nesmírně drahý a mohlo si jej dovolit zpravidla jen panstvo a kněžstvo. Příbytky řemeslníků a nevolníků mnohem častěji osvětlovalo světlo loučí a olejových lamp. Materiálem pro výrobu svící byl včelí vosk a skopový či hovězí lůj. Vosky i loje neboli tuky jsou si po chemické stránce velmi podobné. Jedná se o estery čili sloučeniny organických kyselin s některým zástupcem z říše alkoholů. Lojové svíčky zapáchaly a roztékaly se, včelího vosku nebyl nadbytek. Nezbývalo, než objevit lepší materiály. V 19. století se začal používat rostlinný tuk stearin, což je směs kyselin palmitové a stearové, využívané i k výrobě mýdel. S objevem ropy mohl být izolován parafín, směs pevných uhlovodíků, dnes nejběžnější materiál pro výrobu svíček.

Tak konečně, jak tedy ta svíčka funguje? Začněme knotem. Ten je sice z hořlavého materiálu, ale není to ta část svíčky, která hoří plamenem. Ve středověku se musel knot během hoření svíčky dokonce zastříhávat. Dnešní supermoderní svíčky, respektive knoty, jsou stavěné tak, že se zkroutí ke kraji plamene, kde je nejvyšší teplota a kde mohou v klidu a nerušeně odhořívat. Vidíte, taková blbina, a i o tom se dá napsat odstavec.

Co tedy na svíčce hoří? Pokud je tvořena jen knotem a voskem, moc na výběr už nezbývá. Vosk nehoří, ale má tu vlastnost, že taje při nízké teplotě, okolo 40 ° C. Plamen zápalky/ svíčky, který dosahuje teploty nad 1 000 Celsiových stupňů, jej hravě roztaví ve zlomku vteřiny. A teď přijde ta finta - zkapalněný vosk je vynášen kapilární silou nahoru po knotu. Tuto schopnost okoukal knot od rostlin a stromů, které tímto způsobem sají ze země vodu svými kořeny a stonky, a díky tomu mohou přežít. Mezi kapilárou (stonkem, pórovitým knotem…) a kapalinou působí přitažlivé síly, které kapalinu vytáhnou až tam, kam ostatní síly, zejména gravitační, dovolí. Výsledkem je, že kapalný vosk vystoupá knotem rovnou do plamene zápalky (později už svíčky), kde je dalším teplem přeměněn na plyn a rozkládán až na atomy uhlíku (saze), menší uhlovodíky a vodík. Teprve tyto molekuly hoří, přesněji řečeno reagují se vzdušným kyslíkem na vodu a oxid uhličitý. Během reakce se uvolňuje teplo, tavící další vosk, čímž se proces opakuje, dokud zbývá nějaké palivo.

Zajímavé je i pozorovat tvar plamínku. Proč směřuje vždy nahoru? Důvodem je zahřívání vzduchu v těsné blízkosti plamene. Jak známo, teplý vzduch má nižší hustotu, je „lehčí“, a stoupá vzhůru, zatímco studený vzduch klesá. Teplý vzduch tedy svým pohybem vzhůru tvaruje plamínek svíčky. Kdybychom pozměnili podmínky a odvezli svíčku třeba na Měsíc, kde je nižší gravitace, plamínek by nebyl tak výrazně protáhlý, ale mnohem menší, neboť cyklus výměny teplého a studeného vzduchu by nebyl tak výrazný. V úplném stavu beztíže, například na vesmírné lodi, by byl plamen malý a tvar kulovitý, bez gravitace se totiž ani vzduch nehýbe.

Na závěr zbývá svíčku zhasnout. Sfoukneme-li ji, uvidíme z knotu stoupající kouř. Je to neshořelý  vosk, vypařující se ze stále horkého knotu, který v chladném okolním prostředí kondenzuje.

A teď už dost toho žasnutí a civění na svíčky a pusťme se konečně do toho kapra.

Ing. Martin Pém, martin.pem@synthesia.eu

Víte, že?

› název jedné ze sedmi základních jednotek soustavy SI (vedle např. metru, kilogramu a sekundy) je odvozen od slova svíčka? K vyjádření hodnoty fyzikální veličiny zvané svítivost se používá kandela (cd). Slovo kandela vychází z latinského slova candela, tj. svíčka (anglicky candle). Podobně byl odvozen i termín kandelábr, čili svícen.

› jedna kandela vyjadřuje svítivost jedné svíčky? Takto byla jednotka odvozena, i když nyní se používá definice komplikovanější. Pro srovnání, 100 wattová žárovka má svítivost 120 cd, což odpovídá  přibližně 120 svíčkám.

Autor: Ing. Martin Pém, martin.pem@synthesia.eu