ПЛАВАЮЩАЯ СВЕЧА

Полезная модель относится к области осветительных устройств и может найти применение в ресторанном бизнесе и в быту.
Известна плавающая свеча (http://www.kandela.ru). имеющая форму стакана диаметром 5 см и высотой 3 см. Время ее горения составляет 3 часа. Недостатком является ограничение по массе свечи (соответственно, и по времени горения), обусловленное требованием устойчивости свечи к опрокидыванию при ее помещении в воду. Кроме того, пространственное расположение пламени изменяется во время горения свечи, что не позволяет использовать некоторые дополнительные эффекты (например, устойчивое вращение легкого тела в конвективных потоках воздуха, создаваемых горящей свечой).
Наиболее близким по техническому решению является конструкция, предложенная в опыте «водяной подсвечник» (Горев Л.А. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах средней школы. Кн. для учителя.-2-е изд., перераб. М.: Просвещение, 1985. С.28). В данном решении предлагается на нижнем конце свечи закрепить небольшой груз и опустить в стеклянный сосуд с водой. Свеча должна плавать как поплавок. Верхний конец с фитилем чуть выступает над водой. Недостатком данного решения является неполное сгорание достаточно высокой (массивной) свечи вследствие ее затопления через некоторое время после начала горения.
Техническим результатом полезной модели является достижение полного сгорания свечи.
р.в.
свечи
2
Технический результат достигается тем, что к нижней части свечи прикрепляют груз, причем в качестве груза используют растворимое в воде вещество. Растворимое вещество помещают в перфорированный контейнер, прикрепленный к нижней части свечи. Соотношение масс растворимого вещества (р.в.) и свечи определяют по следующей зависимости: М(г)=0,003*(М(г))
На фигуре схематически приведено конструктивное исполнение плавающей свечи. На нижний конец свечи 1 надевают металлический стакан 2. Внутри стакана помещают завернутое в фильтровальную бумагу 3 водорастворимое вещество 4. Дно стакана имеет отверстия (перфорировано) 5 для истечения растворенного вещества. Свечу с грузом переменной массы помещают в сосуд 6 с водой 7.
Можно привести следующий пример конструктивного исполнения груза переменной массы. Подбирают стакан 2 цилиндрической формы с внутренним диаметром, равным диаметру свечи 1 с целью удобства его крепления к нижней ее части. Дно
стакана 2 перфорируют. Внутри стакана 2 помещают водорастворимое вещество 4 (поваренная соль марки «экстра»), завернутое в плотную фильтровальную бумагу 3. Масса стакана 2 должна быть достаточной для «уравновешивания» свечи 1 минимальной массы (т.е. после полного растворения соли и сгорания свечи, огарок должен плавать как поплавок). К примеру, для парафиновой свечи диаметром 2 см вес стакана составляет 1,4 г. Стакан 2 с водорастворимым веществом надевают на нижний конец свечи 1. Диаметр отверстий 5 определяют исходя из необходимой скорости убыли массы груза. Скорость убыли массы груза регулируют также путем подбора дисперсности водорастворимого вещества, использованием фильтровальной бумаги с определенной величиной пористости и другими технологическими параметрами. Свечу 1 с грузом помещают в сосуд 6 с водой 7 и сразу же поджигают, с тем, чтобы процессы горения свечи и растворения соли шли одновременно.
Закономерности горения жидких топлив распространяются и на горение многих твердых углеводородных веществ, как например битумов, парафинов и др., которые также сгорают лишь в паровой фазе (хорошо известный пример-горение свечи) (Хитрин Л. Н. Физика горения и взрыва. М., Изд-во Моск. ун-та, 1957. С.341, 349). Опыт показывает, что довольно быстро после возникновения пламени устанавливается стационарный режим, характеризующийся постоянной скоростью опускания уровня (горючей жидкости в открытом сосуде).
В нашем случае можно принять скорости сгорания свечи и растворения вещества постоянными. В процессе горения постепенно (вследствие убыли массы свечи и массы растворимого вещества) убывает сила тяжести, действующая на свечу с прикрепленным к ней грузом. Для ее равновесия выталкивающая сила должна уменьшаться, а это возможно только с подъемом свечи. Вследствие описанных процессов свеча не тонет и догорает полностью.
Строго вертикальное положение плавающей в воде свечи с выступающим над водой верхним концом с фитилем обеспечивается точной дозировкой водорастворимого вещества по массе в зависимости от массы свечи, предполагаемой к использованию. Ниже в виде таблиц и графиков приводятся экспериментальные значения зависимости массы поваренной соли от массы свечи для парафиновых свечей цилиндрической формы различных диаметров.