Faszination Kerze

Kerzenflamme

Temperaturverteilung und verschiedene Zonen innerhalb einer Kerzenflamme

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So einfach wie eine Kerze aufgebaut ist, so kompliziert und faszinierend ist ihre Funktionsweise. Wie bei jedem Feuer, schnelle chemische Oxidation, müssen drei Komponenten aufeinander abgestimmt werden. Wärme, Sauerstoff und Brennmaterial sind die allgemeinen Voraussetzungen für das Brennen einer Kerze. Der Brennkörper einer Kerze hat bei Zimmertemperatur einen festen Aggregatzustand. In diesem Zustand ist er nur schwer entzündbar. Wenn Wärme zugeführt wird – Streichholz, wird der Brennstoff im Docht und an der Spitze der Kerze (Brennteller) bei einem Schmelzpunkt um 60 °C verflüssigt. Ein beständiger Teil der Brennstoffmoleküle wird vom Docht aufgesogen. Durch die Wärmenergie der Zündquelle verdampft bei ca. 300 °C der Brennstoff und wird an die Umgebung freigegeben.

Dort reagieren die Brennstoffmoleküle mit den Sauerstoffmolekülen der Luft. Bei dieser Reaktion entsteht Wärme und Licht. Die entstehende Wärme reicht aus, um den Prozess am Laufen zu halten. Das heißt, es wird kontinuierlich Brennstoff verflüssigt bzw. verdampft, der dann entsprechend mit dem Luftsauerstoff reagiert. Die Farben der Kerzenflamme, blau und gelb, entstehen durch die Wasserstoff- und Kohlenstoffmoleküle des Brennstoffs. Die blassblaue Farbe der Flamme wird durch die Reaktion der Wasserstoffmoleküle des Brennstoffes mit dem Luftsauerstoff erzeugt. Die gelbe Farbe der Flamme entsteht dagegen bei der Verbindung der Kohlenstoffmoleküle mit denen des Luftsauerstoffs. Die bei der Reaktion erzeugte Temperatur ist abhängig davon, wie optimal die ablaufende Oxidation erfolgt, sie liegt bei ca. 1000 °C. 1

Das Leuchten der Flamme

Flammenlicht ist Körperstrahlung solange diese nicht nur aus heißen Gasen besteht, wie etwa die nichtleuchtenden Flammen eines Campinggas- oder Bunsenbrenners. Die leuchtenden Flammen einer Kerze, eines Holzfeuers enhält feinste Rußpartikel, die in der Flamme entstehen, wenn der Brennstoff unvollständig umgesetzt wird. Die Rußteilchen in der Flamme lassen sich einfach nachweisen. Bestrahlt man eine Flamme mit einem starken Scheinwerfer, so wirft der leuchtende Teil der Flamme einen Schatten.  Die Rußteilchen erfüllen die Planck'schen Kriterien besonders gut – schwarz und rund. Die Temperatur der leuchtenden Zone einer gewöhnlichen Fettlampen-Flamme beträgt ca. 1000 - 1200 °C. Betrachtet man die Intensitätskurve für diese Temperatur, so sieht man, dass nur ein verschwindend kleiner Teil der emittierten Strahlung in den Bereich des sichtbaren Lichtes fällt. Der bei weitem überwiegende Teil ist Wärme (Infrarot) strahlung. In der Tat ist der Wirkungsgrad der Öllampen und Kerzen in Bezug auf  sichtbares Licht gering. Nur ein zehntel Promille der eingesetzten Energie wird in sichtbares Licht umgewandelt, der Rest ist Wärmestrahlung. 2

Entstehen Schadstoffe durch Kerzenflammen?

Bei der Verbrennung des Brennstoffs einer Kerze entstehen in erster Linie Kohlendioxid, Wasserdampf und Ruß – unverbrannte Kohlenstoffmoleküle. Diese sind aber in einer so geringen Konzentration, dass sie durch Messgeräte kaum nachgewiesen werden können. In den 80ziger Jahren wurde in Laborversuchen die Schadstoffabgabe von Kerzen überprüft. Dabei konnten keine schädigenden Konzentrationen nachgewiesen werden. 

Was geschieht beim Löschen einer Kerzenflamme? 

Im Allgemeinen werden zwei unterschiedliche Methoden angewendet, um eine Kerze zu löschen. Beim Ausblasen wird die Kettenreaktion durch Abschlagen der Flamme vom Docht sowie durch Abkühlen unterbrochen. Durch das Anblasen der Flamme wird diese vom Docht «weggedrückt». Das heißt, die Moleküle des Brennstoffs werden durch die Atemluft am Reaktionsort so verdünnt, dass kein ausreichendes Volumen von Brennstoffmolekülen vorhanden ist. Dadurch wird die Wärmezufuhr, die für das Verdampfen des Brennstoffes benötigt wird, unterbrochen. Gleichzeitig wird durch die «kalte» Atemluft der Docht gekühlt, was den Abkühlungseffekt noch verstärkt. Die Kerze erlischt, weil durch das Verdünnen und die Abkühlung kein genügendes Volumen an Brennstoff nachgeführt werden kann. Beim Ausdrücken einer Kerzenflamme mit der Hand oder einem geeigneten Gegenstand, wird der Reaktionszone der Luftsauerstoff entzogen. Das heißt die Flamme wird erstickt. 

Bedeutung der Kerze

Dem Anzünden einer Kerze kommt in den religiösen Vorstellungen vieler Kulturen eine wichtige Bedeutung zu. Eine brennende Kerze beispielsweise symbolisiert die Seele, die im dunklen Reich des Todes leuchtet. Durch das Anzünden der Osterkerze wird im Christentum die Auferstehung, d.h. Jesus Triumph über den Tod, symbolisiert. In nordischen und germanischen Kulturen kam dem Anzünden der Julkerze einige Tage vor der Wintersonnenwende zum Julfest dieselbe Bedeutung zu. Sie sollte die Sonne ermutigen, die Dunkelheit zu besiegen und zurückzukehren. Dieser ehemals nordische Brauch lebt heute im Anzünden der mit einer christlichen Bedeutung versehenen Advent's- und Weihnachtskerzen weiter. Auf Gräbern werden zur Erinnerung an die Verstorbenen vor allem zu Allerseelen Grablichter aufgestellt. 3

Kerzen heutzutage

Kerzenlicht spielt noch heute eine große Rolle, allerdings eher zum Verbreiten einer festlichen Stimmung, zum Beispiel bei einem schönen Abendessen oder an Weihnachten, als zur Beleuchtung eines Raumes. Wie sehr Kerzen in unserem Alltag noch immer eine Rolle spielen, zeigt vielleicht am besten eine Zahl. Fast 55% des Umsatzes, der mit elektrischen Glühlampen erzielt wird, wird auch mit dem Verkauf von Kerzen gemacht. 4

Kerzenflamme in Schwerelosigkeit

Braucht die Kerze die Schwerkraft um brennen zu können?

© NASA

Wie brennt eine Kerze in Schwerelosigkeit?

Die Antwort ist verblüffend. Die Kerze erlischt nach kurzer Zeit. Braucht sie also die Schwerkraft, um brennen zu können?

Auf jeden Fall benötigt eine Kerze Sauerstoff, um brennen zu können. Und dieser Sauerstoff erreicht die Kerze nur, wenn es die Schwerkraft gibt. Normalerweise steigen die Rußpartikeln und das Kohlendioxid, das bei der Verbrennung entsteht, vom Docht nach oben. Nun kann neuer Sauerstoff aus frischer Luft von den Seiten her nachströmen. Das geschieht, weil die kalte Luft schwerer ist, als die heißen Verbrennungsrückstände. In der Schwerelosigkeit bleiben aber die Rußpartikel und das Kohlendioxid am Docht. Frische Luft kommt nun nicht mehr an den Docht heran – und somit auch kein Sauerstoff, die Kerzenflamme erstickt. 5