Heeft een vlam ook een schaduw?

Nienke Beintema beantwoordt in de NRC vragen van lezers. Een lezer vraagt haar: heeft een vlam ook een schaduw?

a) Wat denk je zelf?

In de krant van 15 januari 2025 geeft ze uitleg. Maar het is natuurlijk veel leuker om het eerst zelf te onderzoeken. Als je dat thuis doet, vraag dan wel aan je ouders of ze het goed vinden. Je moet natuurlijk voorzichtig te werk gaan.

 Wat heb je nodig:
−       kaars
−       lucifers
−       zaklamp
−       mobieltje
−       wit scherm (bijvoorbeeld witte muur)

Wacht nog met het aansteken van de kaars!

Zet de kaars (zonder hem aan te steken) dicht voor het scherm, laat het licht van de zaklamp erop schijnen en bekijk de schaduw.

b) Wat valt je op aan de schaduw?

Tijdens de verdampingsfase onttrekt het materiaal warmte aan de omgeving.

c) Maak een foto waarop je tegelijk de kaars en de schaduw ziet.

Steek nu de kaars aan.

d) Maak op dezelfde manier een foto van de brandende kaars en zijn schaduw.

Wij hebben zelf ook foto’s gemaakt. Die staan hieronder in de figuren 1, 2 en 3.

Figuur 1. Kaars

Figuur 2. Dezelfde kaars brandend

Figuur 3. Foto van de schaduw van de brandende kaars

Beintema schrijft dat als je goed kijkt er tóch een zwakke schaduw te zien is. Is dat ook op jouw foto te zien? Daar kom je als volgt achter.

e) Vergroot de foto die je bij d. gemaakt hebt zo ver mogelijk en speur of daar iets van een schaduw van de vlam te zien is (maak zo nodig nóg een foto).

Wij maakten de foto opnieuw, waarbij wij er heel goed op letten of er een zwakke schaduw van de vlam te zien was. Met succes. Het resultaat zie je in figuur 4.

Figuur 4. 

Waarom geeft een vlam eigenlijk licht? Beintema schrijft: “De vlam van de lont laat kaarsvet verdampen. De gasvormige brandstof reageert nu vanzelf met zuurstof en daarbij komt nieuwe warmte vrij, die meer brandstof doet verdampen, enzovoort. Er komt dus ook licht vrij, in verschillende kleuren. Het blauwe licht, aan de basis van de vlam en in een flinterdun schilletje om de hele buitenkant ervan is het heetst: vaak wel zo’n 1400 graden Celsius. (…) Een groot deel van de vlam is echter minder heet, en geeloranje. Dit komt doordat de verbranding in het midden van de vlam onvolledig is vanwege zuurstofgebrek.”

Figuur 5. Kleuren van de vlam (uitvergroot fragment van figuur 2)

f) Wijs in figuur 5 de plaatsen aan van:
−       lont
−       kaarsvet
−       damp van kaarsvet
−      heetste deel van de vlam
−       minder hete deel van de vlam

Er zijn verschillende soorten kaarsen. Vroeger waren ze van bijenwas, nu vaak ook van stearine of paraffine. Al deze brandstoffen bestaan overwegend uit de elementen waterstof en koolstof.

g) Welke stoffen ontstaan bij verbranding van waterstof en koolstof?

Deze verbrandingsproducten zijn onzichtbaar. Ze kunnen het licht van de zaklamp niet tegenhouden. Het licht van de kaarsvlam kan het licht van de zaklamp ook niet tegenhouden, want lichtbundels kunnen gewoon door elkaar heengaan. Maar hoe ontstaat dan de schaduw?

Beintema schrijft dat er in het midden van de vlam onvoldoende zuurstof is. Dan is volledige verbranding van koolstof niet mogelijk. Een deel van de koolstof kan zich niet verbinden met zuurstof. In de vlam blijven dan brokjes koolstof over. Dat is wat we roet noemen. Als de vlam ‘walmt’ ontstaan er zelfs zo veel roetdeeltjes, dat de vlam er donker uitziet (en het plafond een zwarte vlek krijgt).

h) Verklaar nu dat een vlam schaduw kan hebben.