Die Verbrennungsreaktionen machen von Natur aus keine Geräusche.Sie setzen jedoch viel Energie frei, wodurch die nahegelegenen Moleküle eine höhere zufällige kinetische Energie erhalten, die theoretisch als Brownsches Rauschen nachweisbar ist.Es ist jedoch nicht so einfach wie das Erkennen des Sprechens eines Menschen, da das Geräusch undeutlich ist und die Leistung am Trommelfell geringer ist: Viele Geschwindigkeiten der Partikel gehen nicht zum Trommelfell, sodass eine begrenzte Menge an Energie übertragen wird.Im Gegensatz zu longitudinalen Schallwellen, bei denen Partikelgruppen periodisch mit großen Amplituden schwingen, ist die Bewegung hier eher unorganisiert und nicht bei allen vernünftigen Temperaturen hörbar, sodass Sie aufgrund der Ausdehnung der Fasern eher das Knallen von Holz hörenund Entweichen von Feuchtigkeit und Luft oder Windgeräuschen, wenn sich die Luft ausdehnt und schnell aufsteigt.

Ich beschloss, die Temperatur zu ermitteln, die erforderlich ist, damit das Brownsche Geräusch ungefähr so ​​laut ist wie ein Gespräch. Für $ 60 \ \ rm dB (SPL) $ span> mit der üblichen Referenz von $ 2 \ times 10 ^ {- 5} \ \ rm Pa $ span> und unter Berücksichtigung des Bereichs mit der höchsten Empfindlichkeit des Ohrs suchen wir nach einem möglichen Effektivdruck von $ 2 \ mal 10 ^ {- 2} \ \ rm Pa $ span>. Verwenden der Gleichung aus On Minimum Audible Sound Fields von Sivian und White $$ \ bar {P} = \ left [\ frac {8 \ pi \ rho k_B T} {3c} ({f_2} ^ 3- {f_1} ^ 3) \ right] ^ {1/2} $$ span> wobei $ \ bar {P} $ span> ist der Effektivdruck ( Root Mean Square), $ \ rho $ span> ist die Luftdichte, $ k_B $ span> ist die Boltzmann-Konstante, $ T $ span> ist die Temperatur, $ c $ span> ist die Schallgeschwindigkeit in der Luft und $ f_1 $ span> und $ f_2 $ span> sind der Frequenzbereich. Betrachten wir den Frequenzbereich von $ 0 \ \ rm Hz $ span> bis $ 2 \ mal 10 ^ 4 \ \ rm Hz $ span>, weil nach der Brownschen Häufigkeitsverteilung höhere Frequenzen vernachlässigbar sind. Wenn wir gemeinsame Werte für alle Konstanten eingeben, sehen wir, dass für $ \ bar {P} = 2 \ times 10 ^ {- 2} \ \ rm Pa $ span> wir brauche einen unglaublichen $ 10 ^ 8 \ \ rm K $ span> auf 1 signifikante Zahl, die heißer ist als der Kern der Sonne.

Es ist wichtig zu glauben, dass dies nicht bedeutet, dass wir niemals Brownsches Rauschen hören werden. Wenn Sie eine Software wie Audacity (oder wahrscheinlich ein Soundbearbeitungswerkzeug) verwenden, können Sie Brownsches Rauschen rendern und es mit $ 60 \ \ rm dB $ span> anhören. Dort haben wir jedoch eine bewusste Überlagerung der Wellenformen mehrerer Frequenzen (mit Amplituden entsprechend der Verteilung), die abgespielt werden. Wir hören jedoch nicht das Rauschen, das durch die zufällige kinetische Energie von Luftmolekülen bei einer Lautstärke verursacht wird, die mit normalen Gesprächen vergleichbar ist.

"Weil wir nur annehmen können, dass Feuerwärme eine höhere Schwingungsintensität als Schall hat" ist nicht wirklich wahr: Aufgrund der Richtung der Schwingungen / Bewegungen der Partikel übertragen Schallwellen in Längsrichtung viel mehr Energie auf das Trommelfell.

Schließlich werden wir das Rauschen nicht erkennen. Es ist wahrscheinlicher, dass die Strömungen aufgrund von Konvektion und Expansion heißer Luft hörbar sind.

Sivian, L. J. und S. D. White. "Auf minimale hörbare Schallfelder." Das Journal der Akustischen Gesellschaft von Amerika , vol. 4, nein. 3, 1933, S. 176–177., Doi: 10.1121 / 1.1901988.

Und ein paar coole Sachen: Unterschied zwischen Schall und Wärme auf Partikelebene

Der Begriff "Schall" wird verwendet, um makroskopische Schwankungen des Flüssigkeitsdrucks auf einer Zeitskala von 50 Mikrosekunden bis 50 Millisekunden zu beschreiben.Wenn etwas fast lautlos zu brennen scheint, beinhaltet eine solche Verbrennung viele Einzelereignisse, die den Gasdruck in der Umgebung erhöhen, aber fast alle Effekte sind entweder so schnell, dass die von ihnen verursachten Druckschwankungen durch Mittelung über ein Intervall von 50 μs aufgehoben werden, oderso langsam, dass die Druckänderung über ein Intervall von 50 ms vernachlässigbar ist.

Die Flamme in einem Propanbrenner, einem Autogenbrenner oder einer Lötlampe erzeugt erhebliche Geräuschpegel.Dies liegt daran, dass der Kraftstoff- und Luftmischprozess turbulent ist und der Verbrennungsprozess in einer sich turbulent bewegenden Luftmasse stattfindet.Die Verbrennung ist zeitlich und räumlich ungleichmäßig, was das zufällige "Rauschen" einer Fackel mit weißem Rauschen erzeugt.

Der Verbrennungsprozess in einer Kerzenflamme, einer Propan-Grilldose oder einem Zigarettenanzünder erfolgt nicht gleichzeitig mit dem turbulenten Mischen von Kraftstoff und Luft und erzeugt daher sehr wenig Lärm.

Schall ist eine kohärente Schwingung der Moleküle in der Luft - insbesondere eine mehr oder weniger synchronisierte Kompression / Verdünnung (Moleküle kommen näher als auseinander), die sich durch sie ausbreitet.

Das macht es thermodynamisch effektiver wie "Arbeit". Das heißt, es ist eine Energieform mit relativ geringer Entropie: sehr geordnet oder äquivalent sieht es "wie ein Signal aus" und könnte mit einem relativ komprimierbaren Datenmuster (dh enthält statistische Regelmäßigkeiten) in einem Computer mit genügend Speicher beschrieben werden, wie z gemäß dem informationsthermodynamischen Entropiegesetz der Äquivalenz

$$ H = \ frac {S} {k_B \ ln (2)} $$

Andererseits ist die Hitze eines Feuers genau das - Hitze. Es ist eine maximale Entropie und Moleküle, die sich völlig zufällig bewegen (was bedeutet, dass keine Komprimierung möglich ist). Es "sieht aus wie Rauschen", was bedeutet, dass seine dynamische Beschreibung zufällige Daten sind, ungefähr, sieht aus wie Rauschen im Sinne von "Rauschen" wie in "bedeutungslosen Informationen". Denken Sie daran, dass dies nicht dasselbe ist wie "verrauschte Schallwellen": Dies sind immer noch kohärente Wellen, es sind nur die Amplituden, die zufällig sind, oder tatsächlich sind sie nur in einer Dimension zufällig, also immer noch niedrigentropisch, obwohl höher als ein reiner Ton.

Somit ist allein von der Hitze der Flamme kein Geräusch zu hören. Insbesondere kann man ein vernünftiges thermodynamisches Argument angeben, dass man Wärme nicht direkt hören kann, indem man einfach bemerkt, dass man, um sie zu hören, an seinem Trommelfell arbeiten muss, um es aus dem Schwingungsgleichgewicht zu bringen, und genau das ist Arbeit Auf diese Weise kann man nicht mit Hitze umgehen. Wäre es möglich, Wärme direkt zu hören, dh für die zufälligen Kollisionen von Molekülen gegen Ihr Trommelfell, um direkt eine geordnete Bewegung davon zu erzeugen, oder für zufällige Kollisionen, um spontan geordnete Wellen bei Kontakt mit Luft zu werden, könnten Sie das Ohr im Wesentlichen als Gerät verwenden, um unter Verstoß gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik kostenlos Arbeit daraus extrahieren.

Das heißt, man kann einwenden, dass dies nur in einer thermischen Gleichgewichtssituation zutreffen würde und ein Feuer weit vom Gleichgewicht entfernt ist - vereinfacht gesagt, 2000 K Flammentemperatur gegenüber 300 K Umgebungstemperatur, und daher sollten Sie in der Lage sein, Arbeit zu extrahieren.

Und es stellt sich heraus, dass genau so ein Feuer tatsächlich hörbar ist. Das heiße Gas kann sich dank des Gradienten ausdehnen - eine konzertierte Bewegung nach außen - und Konvektionsströme in der Luft antreiben, wodurch Wärme in Arbeit umgewandelt wird (Energie mit niedriger Entropie), und diese Ströme werden effektiv zu Wind, und das erzeugt eine hörbares Rauschen / Blasen auf die gleiche Weise, wie man den Wind von einem Sturm hören kann. Eine direkte Prüfung der zufälligen Bewegung von Molekülen ist jedoch nach dem obigen Argument immer noch unmöglich.

(Das "Knistern" und "Knallen" beim Verbrennen fester, komplexer organischer Brennstoffe wie Holz ist, wie an anderer Stelle erwähnt, auf die plötzliche Ausdehnung / Explosion kleiner Dampftaschen zurückzuführen, die sich im Brennstoff aus flüchtigen Stoffen, einschließlich Wasser, bilden.)

ADD: Jetzt, wo ich noch etwas darüber nachdenke, denke ich nicht, dass es unbedingt funktioniert. Es wird eine zufällige Schwankung in der zentralen Position des Trommelfells geben, die sich aus der Mittelung der Bewegung aller seiner Moleküle ergibt. Das wäre technisch einwandfrei. Es wird sehr klein sein, aber nicht unbedingt Null. (In Bezug auf die Entropieanalyse mag die Entropie sehr hoch sein, aber sie ist nicht $ \ infty $.) Das heißt, Sie werden immer noch nichts hören, es sei denn, Ihr Ohr steht in direktem Kontakt mit der Quelle, da die Partikel darin verteilt sind Jedes kleine Luftpaket ist mehr oder weniger thermisch - es ist ein Temperaturgradient. Das einzige Geräusch, das Sie hören, ist das bei der Umgebungstemperatur um Ihr Trommelfell. Bei den Berechnungen von @ Chair bedeutet dies, dass Ihr Ohr (und Sie) lange bevor Sie hoch genug sind, um es zu hören, verdampft.

Schall sind Luftteilchen, die vibrieren (und sich so treffen, um Longitudinalwellen zu erzeugen), und Wärme ist die Schwingung von Luftmolekülen.

Keine dieser Aussagen ist ganz richtig. Das menschliche Ohr enthält eine Reihe von Haaren, die jeweils unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben. Wenn die Luft mit der Resonanzfrequenz eines der Haare vibriert, sendet dieses Haar ein Signal an das Gehirn. Das menschliche Ohr wirkt also im Grunde genommen wie eine analoge Fourier-Transformation.

Eine Analogie wäre eine Schaukel. Wenn Sie den Schwung immer wieder genau an den richtigen Punkt seines Zyklus drücken, schwingt der Schwung höher. Wenn Sie die Schaukel wiederholt, aber zu zufälligen Zeiten drücken, wird ein vorheriger Stoß genauso wahrscheinlich abgebrochen wie verstärkt. Wenn Sie also mehr Pushs hinzufügen, wenn diese zufällig sind, erhöht dies nicht viel die Amplitude des Swings. Wenn eine Schallwelle mit einer Frequenz auftritt, bei der die Spitze gleichzeitig mit dem Zyklus auf das Haar trifft, schwingt das Haar weiter hin und her. Wenn Sie nur Luftmoleküle haben, die zu zufälligen Zeiten in ihrem Zyklus auf das Haar treffen, heben sie sich auf, und das Hinzufügen weiterer Kollisionen oder das Erhöhen der Größe der Kollisionen ändert dies nicht.

Beachten Sie, dass wir als "Schall" die Schwingung der Luft als Ganzes wahrnehmen, nicht die Schwingungen einzelner Moleküle. Es braucht eine sehr große Anzahl von Molekülen, die sich zusammen bewegen, um das zu erzeugen, was wir als "Klang" wahrnehmen. Separat bewegte Moleküle erzeugen keinen Schall.

Es ist auch ganz richtig zu sagen, dass Wärme Schwingungen von Molekülen sind. Während ein Teil der Wärmeenergie innere Schwingungen sind, ist es auch die kinetische Energie von Molekülen, die sich bewegen (insbesondere in Gasen).

Schall ist eine Druckschwingung. Sie könnten denken, wenn Druck das ist, was wir die Nettokraft von Gasmolekülen nennen, die mit einer Oberfläche kollidieren, und diese Moleküle sich zufällig bewegen, dann kollidieren einige mit viel Kraft und einige mit wenig Kraft, und daher kann der Druck variieren .

Beachten Sie jedoch zwei Punkte:

Erstens erhöht das Erhöhen der Temperatur einer festen Gasmenge in einem festen Volumen die durchschnittliche kinetische Energie der Moleküle und damit den Druck. Aber weil der Druck jetzt höher ist als vor 10 Minuten, heißt das nicht, dass er oszilliert , nicht mit einer Frequenz, die ohnehin hörbar ist. Um gesund zu sein, muss sich der Druck ändern , und um hörbar zu sein, muss er sich mit einer Frequenz ändern, die von unseren Ohren physiologisch wahrgenommen werden kann, zwischen 20 und 20.000 Hz. P. >

Zweitens ist nach dem Gesetz der Mittelwerte die Variation der Energien von Individuen Molekülen unbedeutend, da ein Trommelfell um viele Größenordnungen massiver ist. Es ist also nur die durchschnittliche Kollisionskraft von vielen Millionen Kollisionen, die die makroskopischen Kräfte auf ein Trommelfell bestimmt.

Wenn Sie technisch werden möchten, bedeutet das Gesetz der Durchschnittswerte, dass die Druckschwankung sehr gering ist, aber nicht Null. Wenn wir ein Druckmessgerät mit ausreichender Empfindlichkeit hätten, könnten wir eine zufällige Druckschwankung nur aufgrund des Zufalls messen, die als "Schall" bezeichnet werden könnte. Mit steigender Temperatur würde die zufällige Varianz zunehmen, da es eine größere Streuung zwischen den energiereichsten und den am wenigsten energetischen Molekülen geben würde. Wir hören es nicht einfach, weil es viele Größenordnungen zu klein ist, um von den Ohren wahrgenommen zu werden.

Seltsamerweise lautet die Antwort "Ja, wenn Sie es richtig machen." Plasma-Lautsprecher, die manchmal über eine kontrollierte Flamme implementiert werden, sind eine tatsächliche Sache.

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Wie Jmac bemerkte, bringt die Flamme in flammenbasierten Versionen nur das Plasma in Schwung, und das Plasma verwendet Magnetismus, um den Schall zu erzeugen.nicht die Hitze.In gewissem Sinne sind es also ein paar zusätzliche Umwandlungsschritte der Flammenenergie, um die Schallwellen zu erzeugen.

Abgesehen von der Behauptung des Vorsitzenden, dass die Lufttemperatur enorm sein müsste, bevor die damit verbundene Brownsche Bewegung der Luftmoleküle zu hören ist, ist es wichtig zu beachten, dass die Hitze Ihr Ohr überhaupt nicht erreicht. Wir hören nur oszillierende Luft im eigentlichen Ohr;Wir können keine oszillierende Luft direkt in der Ferne hören.Wir können ein leuchtendes Stück Metall sehen;wir können das Infrarot fühlen;Bei 1000 K sind wir jedoch keiner Luft ausgesetzt.

Das ist offensichtlich eine gute Sache.

Warum Schall - eine mehr oder weniger organisierte Schwingung von Luftmolekülen - über große Entfernungen übertragen wird, während die chaotische Brownsche Bewegung vergleichsweise schlecht ist, ist eine andere Frage (und eine, die ich nicht sofort beantworten kann).Aber es gilt für die meisten Materialien, für einige von ihnen auf erstaunliche Weise: Sie können eine Lötlampe an einem keramischen Hitzeschild verwenden und sie auf der anderen Seite berühren;aber es ist wahrscheinlich, dass das Schlagen mit einem Hammer das gesamte Space Shuttle durchziehen würde.