Каким бывает пчелиный воск? Рассмотрено 4 товарных сорта, включая и воск для вощины, и указано, по какой технологии делают свечи – 3 стандартные и 7 художественных технологий.

Пчелиный воск – это основа добавок E901 и E902, то есть пищевого и свечного воска. В российском ГОСТе указаны свойства еще одного продукта – сырья для вощины. Лист вощины должен быть максимально качественным, иначе пчелы его не примут. Существуют и другие натуральные сорта, например карнаубский воск E903. К изготовлению любой свечи из воска можно приступать, изучив свойства этого материала.

Соблюдение правил техники безопасности при изготовлении свечей

Воск будет плавиться уже при 65 °C. При нагреве до 100 °C появится белесая пена.

Защитный фартук при работе с воском

Критической считают температуру 120 °C, когда выделяются испарения, которые могут вспыхнуть. Поэтому в домашних условиях воск плавят на водяной или паровой бане.

Нельзя тушить пламя водой – будет взрыв. Используют соду. А чтобы перекрыть доступ кислорода, подойдут любые подручные средства. Перед работой надевают холщовый фартук, перчатки, а одежда должна скрывать максимум поверхности тела.

Подготовка к изготовлению свечей из пчелиного воска

Оборудуют рабочее место:

• Устанавливают емкость с порошком соды;
• Нужна и кастрюля или ведро с водой, в которое можно опустить обе руки;
• Удаляют жир и воск с деталей оборудования;
• Помещение должно проветриваться.

Готовят посуду – железную, эмалированную, медную. От алюминия останется запах.

Паровая и водяная

На дно емкости с водой помещают губку, и на губку устанавливают посуду для плавки. Уровень воды должен быть выше воска. Паровая баня устроена не так: на посуде с водой находится миска, закрывающая собой всю паровую емкость.

С паровой баней главное – не ошибиться с объемом испаряемой жидкости. А сырье перед плавкой промывают, охлаждают и измельчают.

Инструменты и материалы для изготовления свечей из пчелиного воска

Нужно задуматься о том, из чего сделать фитиль для свечи. Обычно три хлопковые нити скручивают или сплетают косичкой. Также понадобятся:

• Карандаш;
• Грузик (можно взять в чайной свече);
• Иголка для фитиля, но только при изготовлении коротких свечей.

Формы могут быть изготовлены из любого материала, но сначала их смазывают моющим средством. Формочки из дерева можно смазывать растительным маслом.

Продукт E901

Основной материал лучше покупать в гранулах, причем воск E901 бывает белым и желтым. Высоким качеством обладают свечи из вощины, но ее продают только пчеловодам.

Материалы для окраски свечей

Краситель добавляют в расплавленный воск и перемешивают. Материалы:

• Восковые мелки. Съедобный мелок не может быть сделан из парафина.
• Жирорастворимые пищевые красители – порошковые, гелевые, пастообразные;
• Актерский грим, но не много, 2-3 гр. на литр;
• Кандурин (золото), глиттер (алюминиевые блестки). От глиттера останется запах.

Гелевые красители подходят и для гелевых, и для восковых свечей.

Пищевая краска

Грим выделяет вредные вещества, но он нужен для оттенков пастели.

Нельзя использовать красители, растворимые в воде.

Этапы изготовления свечей из пчелиного воска

Воск доводят до T=80 °C. Фитиль нужно навощить, привязав к нему грузик и закрепив на карандаше. Дальше фитиль закрепляют на формочке:

• Грузик остается на нити;
• Нить с узлом пропускают через отверстие снизу формы.

Если в свече можно сделать тоннель, этот шаг пропускают.

Свеча без нити

На «шаге 2» вносят краситель, а перед заливкой – и ароматизатор.

Заливка материала в форму

Еще до плавки форму погружают в раствор моющего средства, затем протирают, но не насухо. Будет обязательным и прогревание феном.

Набор форм

Фитиль должен располагаться вертикально. Затем воск льют в центр формы.

Воск почти не дает усадку, а застывание идет от края к центру.

Извлечение свечи из формы

Если использовался грузик, свечу вытягивают за фитиль. Для варианта с узлом этот способ не подходит. Узел обрезают, а для извлечения используют иглы, крючки и т.д. С формой без дна этот метод применяют тоже.

Если формочка будет гибкой, свечу можно выдавить наружу.

Виды свечей из воска

Составная свеча всегда состоит из верхней и нижней половин. А свечи с коротким фитилем – это скульптуры, в которые не установлен обычный фитиль. Фигурные свечи получаются только в разъемных или одноразовых формах. Пример – геометрические фигуры. О том, как делать такие свечи своими руками, для начинающих рассказывается на видео.

Фигурные свечи из воска в домашних условиях

Форму изготовляют из бумаги, склеивают и прокрашивают снаружи. Окрашивание проводят для того, чтобы герметизировать стыки.

«Геометрия»

Устанавливают фитиль с грузиком, проводят отливку. Форма снимается после остывания.

Клапаны на стыках будут только «внешними» (см. фото).

Свеча из пчелиного воска с цветочным мотивом своими руками

При использовании силикона можно создавать объемный орнамент. Разъемную форму стягивают хомутами, а фитиль завязывают в узел. С неразъемной формой, наоборот, используют фитиль с грузиком.

Можно попробовать изготовить форму из 5-7 слоев герметика.

Герметик наносится на образец, покрытый маслом.

Ажурная свечка из воска своими руками

Если в форму добавить кусочки льда, готовое изделие будет ажурным. Пример – на фото.

Лед легче воды, а воск тем более. При остывании растаявший лед стекает через отверстия.

Меры предосторожности: фитиль с грузиком приклеивают к дну формы.

Цветные свечи из воска

Даже удивительно, что можно сделать из воска своими руками, не применяя ни силикон, ни бумагу.

Чередование слоев

Свечу постоянного сечения погружают в окрашенный воск, чередуя несколько слоев. Ждать высыхания не нужно. Получится плавный переход или более сложные эффекты.

Белый воск – это материал для изготовления основы.

Как сделать большую красивую свечу из воска

Берут многослойную заготовку. И на гранях делают «листики».

Резной орнамент

Все ярусы обрабатывают резцом по очереди. Начинают от верхнего яруса.

В предыдущей главе рассмотрено, как сделать слой с чередованием.

Как сделать восковую розу своими руками

Основа розы – навощенный фитиль. Его оборачивают лепестками.

Восковые розы

Небольшой мастер-класс:

• Воск выливают на блюдце;
• При T=37-40 °C пластину снимают тонким ножом;
• Формируют слой лепестков.

Чем больше слоев, тем солиднее результат.

Пластину, не снимая ее с блюдца, иногда разрезают на 2 или 3.

Насыпная свеча из пальмового воска

Продукт E903 поставляется в гранулах, которые засыпают в стеклянную посуду. Поверхность нужно разровнять, а в центр устанавливают навощенный фитиль.

Свечи из восковых гранул

Конструкция выглядит просто. Но фитиль длиной 10 см не сгорит и за сутки.

Другие названия воска E903 – карнаубский, бразильский, пальмовый.

Нюансы в выборе фитиля

Журнал Пчеловодство определил, чему равен оптимальный диаметр фитиля, если сырьем является вощина.

Эти данные актуальны и для материалов E90X. Цвет гранул E901 роли не играет. А для продукта E902 цифры в первой строке надо уменьшить.

Изготовляя свечи из пчелиного воска, своими руками делают и фитиль. Пропиткой может являться медный купорос, соль или цинковые опилки. И пламя окрасится в цвет морской волны, светло-голубой или васильковый. А материалом служит нить хлопчатника.

Видео – Мастер-Класс

Полезные свойства и применение ушных свечей из пчелиного воска

Удалить серную пробку поможет трубка из марли с воском. Метод не одобрен медициной, но в Азии он используется.

Навощенная марля

Способ применения:

1. Срезать часть конуса;
2. Накрыть голову пациента тканью из натурального материала (льна), сделать прорезь;
3. Установить трубку и поджечь ее;
4. Потушить пламя, когда оно дойдет до метки.

Затем на 15 минут устанавливают турунду из ваты.

Польза свечей из пчелиного воска

Трубчатая свеча помогает избавиться от болезней:

• Тонзиллит (воспаление миндалин), ринит, отит;
• Гайморит;
• Снижение слуха;
• Шум в ушах, головокружения;
• Нарушение сна.

Чтобы вылечить инфекцию, нужны антибиотики. Без них польза рассмотренного метода будет нулевая. А если воск попадет в слуховой проход, предстоит трудное лечение, правда, без хирургического вмешательства.

Еще один «минус» – пожарная опасность. Противопоказания: гнойный отит, инфекции уха, аллергия на пыльцу или прополис.

Свечи своими руками. Зачем и кому они нужны?

Нет смысла спрашивать, какая польза человеку от искусства. Найти ответ все равно нельзя.

Технология «3 слоя + резьба»

От всего, что рассмотрено выше, польза будет самому мастеру, то есть автору произведения. И если оно окажется удачным, его можно использовать в любом из трех качеств:

• Как яркий и запоминающийся подарок;
• В качестве визитной карточки продукции, предлагаемой пчеловодом;
• Как доказательство натуральности и высокого качества воскового сырья.

Число художников по росписи свечей в России сейчас невелико. А успех приходит не к тем, кто пытается копировать одну из известных технологий. Возможность изобретения новой технологии – еще один повод освоить свечное дело, и лучше, если его осваивает сам пчеловод.

Использование воска в быту

С пищевым воском готовят глазурь и шоколад, он входит в состав жевательной резинки. Медицина использует пчелопродукт по-другому – он служит основой мазей и является важным материалом для стоматологии. А продукт, соответствующий ГОСТу 21179-2000, предназначен не только для вощины. Его используют так же, как гранулы E901.

Применение в народной медицине здесь не рассматривается.

Факты

Белые гранулы E901 по виду напоминают парафин. Отличить одно от другого по цвету нельзя.

Новый вид искусства

Однако парафиновая свеча оставляет копоть на зеркале. Ниже указаны остальные недостатки.

Как разоблачить парафин

Натуральный продукт должен тонуть в 44-процентном спирте. Плотность парафина – ниже, и он всплывает. Также парафин плавится при более низкой температуре, чем воск. Но эту проблему решают по-своему – добавляют природный церезин. У него температура плавления равна 65-88 °C.

Вне зависимости от того, что добавлено, плотность только понижается.

Чистка подсвечника

От воска подсвечник отчистить легко – нужна горячая вода, необязательно кипяченая. А копоть оставляет парафин или церезин. Чтобы ее счистить, нужна химия. И пусть она будет нейтральной в отношении эмали или покрытия.

Второй способ снять воск – заморозить до T = -1 °С – -2°С.

Состав свечи

Продукция некоторых свечных заводов не оставляет сомнений в высоком качестве.

Свечи в рознице

На отливку свечей идет то, что считается пищевым продуктом! Но чаще в ход идет смесь воска и церезина. Первый из двух компонентов – это воск E902.

Сравнение стоимости E901 и E902: «2,5 к 1» или «3 к 1».

Недостатки свечей из парафина

Тонкий синтетический фитиль – признак парафиновой свечи. От диаметра фитиля зависит скорость прогорания. А копоть, оставляемая свечей, состоит из продуктов горения парафина. Среди них представлена весомая часть всей таблицы Менделеева.

Воск, состоящий из 50-ти органических веществ, не оставляет никакой копоти.

Парафиновые свечи красивы на вид и достаточно нарядны. Используются, как правило, для придания праздничной атмосферы любому событию.

Описание

Парафин является самым распространенным материалом для производства свечей, потеснив стеарин, как основной продукт еще в начале 19-го столетия.

В 1830 г. химик из Германии Карл фон Райкенбах открыл химическое соединение под названием парафин. Полученное вещество мгновенно завоевало популярность не только у мастеров, изготавливающих свечи (парафин в том или ином виде входит в состав большинства свечей), но и затронуло текстильную, пищевую, полиграфическую промышленности.

Состав свечи

В очищенном виде полученный продукт активно используется при изготовлении свечей. Он представляет собой бесцветное вещество, которое не имеет ни вкуса, ни запаха. Полученный материал жирный на ощупь, не растворяется в воде, но прекрасно растворяется в минеральных маслах и при нагревании во множестве масел растительного происхождения. Плотность очищенного материала варьируется в пределах 0,907-0,915/см 3 . Бесцветному веществу свойственна низкая теплопроводность. Плавиться синтетический материал начинает при температуре 50-60 °С.

По сути, парафин является углеродным соединением. Химикам и ученым известно много разновидностей химического соединения.

Отличие от восковых

В отличие от восковых свечей, парафиновые горят недолго. Восковые им уступают по красоте, и даже в интересном исполнении по внешнему виду похожи больше на церковные. Однако с медицинской точки зрения свечи, изготовленные из воска, лучше, чем парафиновые свечи, так как они сделаны из натурального материала - воска, производимого пчелами. По причине того, что восковые свечи достаточно дорогостоящие, их обычно производят не полностью из пчелиного воска, а используют вкрапления различных материалов с целью продления времени горения свечи, а также имитации натурального аромата.

Основной отличительной чертой парафиновой свечи от восковой является хрупкость. Так, свечи, изготовленные из парафина, легко крошатся, потому что являются непосредственным продуктом нефтепереработки. Восковые свечи всегда режутся ровным пластом.

Свеча хозяйственная парафиновая

Хозяйственные свечи чаще всего производят из неподкрашенного парафина средней или высокой очистки. На вид они имеют цилиндрическую форму, по цвету, как правило, белые полупрозрачные или непрозрачные. Такие свечи являются самым простым, востребованным и дешевым видом свечей. Используют их по назначению во время отключения электроэнергии. Применяют, устанавливая в подсвечник, с помощью которого свеча становится более устойчивой.

Производство свечей

Парафиновые свечи можно с легкостью изготовить в домашних условиях. Для этого понадобятся следующие материалы:

• Парафин (например, со старых свечей или приобретенный в виде бруска).
• Небольшой груз (можно воспользоваться гайкой).
• Нитка для фитиля.
• Эфирные масла и красители.
• Посуда из металла для плавки.
• Форма (можно воспользоваться детским набором для песочницы).

Далее необходимо приготовить парафин. В случае использования старых свечей или купленных, но некрасивых, их необходимо поместить в горячую воду. После чего разрезать, вытянуть изнутри фитиль и опустить в посуду. Парафин расплавить с помощью водяной бани.

В случае приобретения куска парафина в специализированном магазине, нужно нарезать его на небольшие части и погрузить в посуду для плавки. В это время необходимо массу периодически помешивать, чтобы не допустить перегревания, почернения и вытекания вещества.

Затем нужно смазать стенки формы для свечи жидким мылом и привязать к одному из концов фитиля груз, поместив его в центр формы. В расправленную парафиновую массу добавить сухого красителя или восковых цветных мелков. Влить эфирное масло или ароматизатор. Затем не спеша тоненькой струйкой необходимо влить парафин в подготовленную форму. После чего свечу, изготовленную из парафина, нужно оставить до полного высыхания в помещении.

Достоинства и недостатки

К достоинствам свечи можно отнести хорошее плавление парафиновой свечи. Синтетический материал отлично плавится и принимает любую форму. Также парафин хорошо сочетается с красителями, например, при смешивании с жировыми красителями дает насыщенный яркий цвет.

Единственное, на что следует обратить внимание при добавлении красителей и ароматизаторов, - ими не нужно увлекаться. По той простой причине, что при горении парафиновой свечи переизбыток красителя может выделить вредные, ядовитые вещества и создать нагар на фитиле. А большое количество ароматизатора выделить неприятный запах при горении.

Еще одним положительным моментом, которым можно воспользоваться при изготовлении свечей, является их универсальность и неограниченный простор для фантазии. В парафиновые свечи при производстве добавляют металл, цветную крошку, декорируют различными способами при помощи стекла. В виде форм для свечей из парафина используют силикон, стекло, формы из металла.

К недостаткам свечей, изготовленных из парафина, можно отнести их неспособность на долгое время сохранять определенную форму. Так, при прошествии небольшого количества времени свечи из чистого парафина деформируются, особенно при больших температурах. Чтобы этого избежать, опытные умельцы, занимающиеся производством свечей, добавляют стеарин, пчелиный воск или минеральный воск, церезин или озокерит.

Также к неприятному свойству, возникающему при использовании свечей, можно отнести нагар и едкий дым. При появлении следующих негативных признаков напрашивается вывод, что при игготовлении такой свечи использовался неочищенный синтетический материал. И, следовательно, в составе свечи имеется значительная доля минеральных примесей. Помочь в такой ситуации сможет вымачивание фитиля свечи в хлористом аммонии.

Полезные свойства свечей

У рассматриваемого материала есть полезные свойства для человека. К этому открытию относительно недавно пришли ученые. По их мнению, свечи из парафина, изготовленные с вкраплениями эфирных масел эвкалипта или тимьяна, имеют способность уничтожать болезнетворные бактерии. Ученые и исследователи пришли к выводу, что все дело в правильной концентрации масел в составе чудодейственной свечи. По той простой причине, что основа эфирного масла - скипидар, а о целебных свойствах этого материала были наслышаны еще наши бабушки. Так что в ближайшем будущем благодаря горению свечи можно будет ликвидировать огромное количество вредных для здоровья человека микроорганизмов.

Также нагретый парафин способствует улучшению циркуляции крови и ускоряет процесс заживления ран, значительно улучшает работу суставов. Лечение с помощью синтетического материала достаточно часто используется в посттравматический период при реабилитации после травм.

Калифорнийский изобретатель Дойл Досс предложил оригинальную систему - «свечной обогреватель».

Этот странный на вид подсвечник, утверждает его создатель, может оказаться незаменимым при отключении электричества. Высота его составляет около 23, а ширина – около 18 см.

И из его внешнего вида обращает на себя внимание перевернутый горшок над свечой. В этом горшке (а он в «прошлой жизни» цветочным горшком и был) и скрыта основная изюминка системы.

Если вам нужно точечно обогреть выстуженную комнату в частном доме или согреть работающего за столом человека, на помощь придет поделка американца Дойла Досса, предложившего миру изобретение под названием «Ловушка для тепла».

Внешне она выглядит как перевернутый цветочный горшок над свечой. Однако горшок этот не простой, а составной, изготовлен из трех горшков разного диаметра, вложенных друг в друга и надетых на длинный металлический болт через отверстия для воды.

На сам болт нанизано несколько шайб и гаек. Высота такого «подсвечника» составляет от 23 сантиметров, а ширина - от 18 см.

Принцип действия - «заманить в ловушку» тепло от свечи.
Дело в том, что сгорающая свеча дает немного света, а с горячим потоком продуктов сгорания уходит большая часть ее энергии.

Созданный же Доссом лабиринт-колпак над пламенем аккумулирует тепло.

Центральный стержень раскаляется, нагревает керамику, а потом тепло медленно передается воздуху всей поверхностью этого своеобразного керамического радиатора.

Кстати, вместо свечи в качестве нагревателя можно использовать и обычную лампу накаливания - в этом случае вместо свечи устанавливается патрон с лампой и подсоединяется к сети.

Изобретатель подчеркивает, что один такой прибор никоим образом не спасет вас зимой при отключении отопления и электроэнергии, но, с другой стороны, это лучше, чем вообще ничего.

Кроме того, хотя данная нехитрая конструкция разработана прежде всего для аварийных ситуаций (и не только дома, но и вне него), свечной мини-радиатор может немного уменьшить затраты на обогрев помещения, добавляя небольшую теплоту к занятой людьми комнате, в то время как весь дом «отрегулирован» термостатами на более низкую температуру. Тут, впрочем, еще нужно посчитать стоимость одного джоуля в свече.

Нагреватель также оснащен прилаживаемой сверху стойкой, способной удержать кастрюлю с супом.

Прежде чем свежий «свечной обогреватель» сможет нормально обогревать комнату, нужно дождаться, чтобы остаточная влага испарилась из керамики. На это может уйти 3-4 часа, отмечает мистер Досс.

Зато потом владелец этой штуковины может в полной мере наслаждаться мягким теплом, выдаваемым нагревателем в течение длительного времени. Хранить же неиспользуемый аппарат необходимо в целлофановом пакете, чтобы влагу из воздуха не впитывал.

Досс пишет, что восковая свеча массой 4,25 унции содержит примерно 1 тысячу британских тепловых единиц энергии. В переводе на привычные величины это примерно 120 граммов и 1,1 мегаджоуля.

Если учесть, что горит такая свеча 20 часов или чуть больше, то выходит, что выработка ею энергии составляет 55 килоджоулей в час, что соответствует мощности в 15,3 ватта.

Правда, по некоторым данным, суммарный «полезный выход» восковой свечи такого размера все же будет повыше. Ближе к 3 мегаджоулям. Что даст среднюю мощность примерно в 42 ватта. А если мы внимательно «посмотрим» на свечу из парафина, то, пожалуй, найдем в ней еще больше потенциального тепла.

Впрочем, точные числа теплоты сгорания не так уж важны. Ясно, что такой подсвечник не может составить конкуренции в мощности бытовым электрическим конвекторам и масляным радиаторам на 0,5-2 киловатта. До тех пор пока в розетке есть ток.

С другой стороны, и при наличии тока киловаттный нагреватель вы едва ли будете жечь целые сутки напролет, если не хотите разориться на счетах за электричество. А «свечной обогреватель» как уже сказано, на одной свече работает 20 с лишним часов. Единственное важное условие: его нельзя оставлять без присмотра. Все-таки открытое пламя.

Американский новатор полагает, что такие нагреватели должны понравиться не только людям, сидящим дома, но и тем, кто там редко показывается, предпочитая путешествия вдали от суеты цивилизации. Этот обогреватель должен стать простой и дешевой альтернативой примусам и прочим керосинкам. А когда-нибудь он может спасти жизнь человеку, попавшему, скажем, на машине в снежную ловушку, в метель.

Недавно мне подарили свечи для романтических встреч . На вид они кажутся обычными подсвечниками с маленькими свечками внутри. Так-то оно так. Но только эти свечи не нагреваются, с них не течет воск, нет дыма и гореть они могут в течении ста тысяч часов от двух мизинчиковых батареек! Эти свечи мерцают, как настоящие, огонек как будто танцует внутри, они романтично освещают комнату, давая мягкий и спокойный свет.

Где купить: batkomplekt.ru
Цена: 246,96 рублей

Раньше бывало, что я мечтала засуть при свечах. Однако такие ситуации могут обернуться опасностью. Свечи догорают до конца и без особого внимания могут поджечь что-то в комнате, а воск может пролиться на мебель или постельное белье. Но такие романтические свечи абсолютно безопасны! Они не загорятся, даже если вы будете спать при свечах всю ночь.

Чтобы зажечь такую свечу, достаточно её немного встряхнуть или наклонить. Чтобы потушить ее, ее достаточно задуть, как настоящую свечу. Это удивительное ощущение создает чувство, что у вас в руках настоящая свеча! На самом деле внутри свечи находится светодиодная галогеновая лампа.

Такие свечи бывают разных расцветок и формы, и я хочу познакомить вас с некоторыми из них. Например, свеча в прямоугольном стакане.

Где купить: batkomplekt.ru
Цена: 246, 96 рублей

Существуют также свечи, которые одновременно могут быть и ночниками, они мепняют цвет, и имеют семь попеременно сменяющихся оттенка.

Где купить:
Цена: 250 рублей

Также существуют очень красивые свечи с рисунками, которые восхитительно смотрятся, когда свеча горит внутри. С помощью рисунка создается эффект витражного стекла.

Где купить:
Цена: 400 рублей

Таким образом, выбирая в подарок своим друзьям или родным красивые светодиодные свечи, вы дарите им:

• Множетсво уютных вечеров вместе
• Романтическую атмосферу комнаты
• Спокойствие и безопасность
• Возможность использования даже в детских спальнях

А если разноцветные свечи вас очень заинтересовали, но хочется всё-таки настоящего огня, вам непременно понравятся удивительные . Как видите, даже такое бывает!

Когда речь заходит о свече, то подсознательно сразу возникает аналогия с чем-то пренебрежимо малым, несущественным, предельно слабым и ни на что не способным. Это связано с исторически сложившейся традицией, сравнивать, например, яркость лампочек с яркостью свечи, или показывать мощь телескопа, который из Москвы “видит” свечу во Владивостоке. Особенно завораживающе на зрителей действует работа двигателя Стирлинга, который не только бодро вертится от воздуха нагретого свечой, но и дает электричество, от которого лампочка светится намного ярче этой же свечи.

Автору не удалось найти в интернете информацию о тепловой мощности обычной стеариновой или восковой свечи. Но в одном очень старом справочнике по физике сказано, что отдача тепла стеариновой свечи равна 80 ккал/час, а керосиновой лампы с плоским фитилем – 60 ккал/час. После перевода в общепринятые единицы получаем мощность свечи 93 Ватта, а керосиновой лампы – 70 Ватт. Именно эти цифры вызвали сначала недоумение, а затем недоверие, и послужили причиной данного исследования.

Теория

Чтобы нагреть какое-либо тело массой m, от температуры T 0 до температуры T 1 к нему нужно подвести тепловую энергию Q. Причем, чем больше масса, и чем больше разность температур, тем больше тепловой энергии понадобится для нагрева. Таким образом, можно написать:

Q = cm(T 1 -T 0) (1)

где c – удельная теплоемкость, отображает тот факт, что некоторые материалы нагреваются легко, а некоторые требуют очень больших затрат тепловой энергии.

С другой стороны, мы знаем, что конечная температура зависит от времени нагрева, причем, чем дольше нагревать, тем выше вероятность получить более высокую температуру. Это связано со скоростью подвода (поглощения) тепла или с мощностью, которая определяется так: P н = Q/t , где t – время нагрева. Поэтому получаем важное уравнение

P н t = cm(T 1 -T 0) или P н = cm(T 1 -T 0)/t (2)

в котором все величины могут быть измерены и вычислены. Следует заметить, что уравнение (2) характеризует мощность, поглощенную только нагреваемым телом, т.е. мощность нагрева. Если это уравнение переписать в следующем виде

T 1 = (P н /cm)t + T 0 , (3)

то получаем рекомендацию к действию: нужно через определенные промежутки времени измерять температуру нагреваемого тела, построить график зависимости температуры от времени нагрева и по тангенсу угла наклона полученной прямой вычислить мощность P, а через нее и Q, если это необходимо.

Но на самом деле линейная зависимость Т(t) наблюдается далеко не всегда. Все дело в том, что по мере увеличения температуры тело само начинает нагревать воздух и окружающие предметы. Т.е. с ростом температуры тела увеличиваются и потери тепла, и наконец наступает такой момент, когда скорость подвода тепла сравнивается со скоростью потерь, и температура тела больше не растет. Поэтому в общем случае зависимость Т(t) не будет линейной и уравнение (3) будет справедливо только при малых изменениях Т 1 и t.

Мощность потерь тоже пропорциональна разности температур и описывается уравнением, аналогичным уравнению (2) с той лишь разницей, что появляется знак минус. Поэтому можно записать:

P п = cm (T 1 -T 0)/t (4)

T 1 = - (P п /cm)t + T 0 (5)

Отсюда следует, что, наблюдая за процессом остывания, который тоже не будет линейным, мы получим информацию о мощности потерь тепловой энергии при соответствующей температуре тела. Уравнение (5) , также как и уравнение (3) , будет справедливо только при малых изменениях Т 1 и t.

Таким образом, тепловая мощность, которую мы отбираем у пламени свечи, равна сумме мощности, которую поглотило нагреваемое тело, и мощности, которую оно рассеяло в окружающее пространство, т.е. Р сумм = Р н +Р п. Но мы не учли еще ту часть тепловой мощности свечи, которая вообще не участвовала в нагреве тела. Поэтому можно говорить о коэффициенте полезного действия (КПД) процесса нагревания пламенем свечи, и определить его следующим образом:

КПД = (Р н +Р п)/Р общ (6)

Следует заметить, что КПД свечи существенно зависит от многих параметров процесса нагрева, даже от таких как наличие сквозняков или копоти от пламени на поверхности нагреваемого тела. Но самое главное, мы не знаем достоверно из чего сделана свеча. И, как следствие, не можем определить теплотворную способность как основных горючих материалов, входящих в состав свечи, так и тех добавок, которые могут радикально повлиять на процесс горения. Поэтому практический интерес представляет Р сумм, т.е. та тепловая мощность, которую можно отобрать у пламени свечи. Но эта мощность зависит как от режимов и способов подвода тепла к нагреваемому телу, так и от материалов и дизайна самой свечи. Поэтому этот параметр тоже может варьироваться в широких пределах и требует тщательного анализа в каждом конкретном случае.

Примерно оценить КПД процесса нагревания пламенем можно на основании экспериментов с нагревом на газовой горелке. В этом случае известна теплотворная способность газа и известен объем сгоревшего газа. Так, например, при мощности горелки 2840 Вт КПД процесса нагрева 2-х литрового чайника составляет 33%, а при мощности горелки 720 Вт – 58%. Учитывая то обстоятельство, что пламя свечи омывает нагреваемое тело под действием естественной конвекции (а газ из горелки выходит под давлением и, естественно, с большей скоростью), то можем рассчитывать на КПД свечи более 58%.

Эксперимент

В период с 21 апреля, по 6 мая 2011 года было выполнено 3 эксперимента в разных температурных условиях, с разными типами свечей и с разной теплоизоляцией нагреваемого тела.

Эксперимент №1. Температура воздуха 16 градусов в начале и 17 в конце эксперимента. В качестве пробного тела был использован стеклянный химический стаканчик массой 56 грамм, в котором находилось 100 миллилитров воды.

Температура воды измерялась ртутным термометром со шкалой от 0 до 110 градусов Цельсия через каждую минуту. Точность измерения температуры ± 0,2 градуса. Теплоизоляция не применялась. Свеча – китайская ароматическая (запах клубники) в алюминиевой чашечке. Кинетика нагрева и остывания представлена кривой 1 на Рис.1. Как следует из графика, относительная линейность зависимости Т(t) наблюдается только в самом начале процесса нагревания, а с повышением температуры происходит усиливающееся отклонение от линейности. Это проявление увеличивающихся потерь тепловой мощности.

На Рис.2 представлены результаты вычисления по формулам (2) и (4) поглощенной тепловой мощности и рассеянной в окружающее пространство. При температуре 30 градусов вода отбирает от пламени свечи 30 Ватт тепловой мощности, при температуре 60 градусов – 20 Ватт, причем, только 10 Ватт идет на нагрев, а остальные 10 Ватт рассеиваются.“Парад точек” в диапазоне 56 - 66 градусов обусловлен образованием пузырьков воздуха на ртутном шарике термометра. Поэтому в следующих экспериментах использовалась не водопроводная вода, а предварительно кипяченая и охлажденная до комнатной температуры

Эксперимент №2. Начальная температура воздуха в комнате 27 градусов и 26 конечная. В качестве пробного тела был использован жестяной стаканчик массой 32 грамма, в котором находилось 100 миллилитров воды. Сверху и сбоку стаканчик был теплоизолирован фольгированным пенополиуретановым ковриком толщиной 5 мм, который обычно применяется для теплоизоляции полов. Свеча тоже китайская только с ароматом жасмина. Визуально пламя этой свечи было больше и ярче, чем в предыдущем эксперименте. Кинетика нагрева и остывания представлена кривой 2 на Рис.1. Как следует из графиков, через 40 минут нагрева вода успешно вскипела, а процесс остывания до 35 градусов растянулся на 80 минут.

На Рис.3 приведены результаты вычислений, из которых следует, что в этом случае от пламени свечи можно получить мощность более 40 Ватт. Поскольку теплоизоляция не продемонстрировала безоговорочных преимуществ, то следующий эксперимент выполнялся по методике первого эксперимента.

Эксперимент №3. Температура воздуха в комнате на протяжении всего эксперимента не изменялась и составляла 22 градуса по Цельсию. Использовалась сувенирная свеча (новогодняя) еще советского производства. Кинетика нагрева и остывания представлена кривой 3 на Рис.1. Особенностью этой свечи было то, что в процессе горения расплавленный парафин вытекал из зоны горения. Таких циклов было три. После каждого цикла вытекания высота фитиля увеличивалась, и, естественно, увеличивалась и высота пламени. Таким образом, в процессе нагрева свеча разгоралась. Это хорошо видно на Рис.4 по минимумам на 5, 9 и 16 минуте эксперимента.

Максимальная мощность, которую удалось получить от этой свечи, составляла 50 Ватт. Для оценки КПД процесса нагрева пламенем были продолжены эксперименты с нагревом 2-литрового чайника на газовой горелке. На Рис.5 представлена зависимость КПД нагрева от скорости подачи газа. Возле соответствующих точек показана мощность горелки и время вскипания 2 литров воды. Монотонное падение КПД с ростом скорости подачи газа свидетельствует о том, что нагретый воздух, проходя с большей скоростью, не успевает отдавать тепло чайнику.

Интересно сопоставить результаты эксперимента №3 с результатами рис.5. Количество нагреваемой воды в 20 раз меньше (2л/100мл = 20), а время вскипания абсолютно одинаковое, 22 минуты. И средняя скорость нагрева тоже почти одинакова: 4,1град/мин для газовой горелки и 3,95 град/мин для свечи. Значит можно считать, что мощность свечи в 20 раз меньше мощности газовой горелки, т.е. 1180/20 = 59Вт. Таким образом, КПД нагрева пламенем свечи довольно высок (от 40/59 = 68% до 50/59 = 85%)

Неплохо согласуются и результаты эксперимента №2, хотя время вскипания несколько отличаются. А скорость нагрева у свечи даже выше, чем у горелки, 3,82 град/мин против 3,26 град/мин (до 80 градусов). Можно считать, что мощность свечи несколько меньше, чем 720/20 = 36Вт. Если взять среднее между 40 Ваттами в начале нагревания, и 20-ю в конце (Рис.3), то так оно и есть. И КПД в 83% (30/36 = 83%) вполне оправдан, так как стаканчик был теплоизолирован.

Выполненные эксперименты неожиданно дали ответ еще на один важный вопрос: “А какова тепловая мощность чашки с чаем, от которой двигатель Стирлинга тоже работает?” Ответ простой, если чашка емкостью 100 мл., то ее мощность естественно равна мощности потерь, т.е. примерно 15 Ватт (в диапазоне 70 – 90 градусов). Если 200 мл., то в 2 раза больше, т.е, примерно 30Вт. У двухлитрового чайника мощность потерь, естественно в 10 раз больше, и, как показывает эксперимент, составляет 250 – 300 Ватт.

Остается только измерить тепловую мощность ладони, чтобы оценить энергетические характеристики и этого типа стирлингов.

Выводы

Таким образом, теплоотдача свечи в 93 Ватта - это не выдумка и не ошибка, а объективная вещь, с которой нужно считаться и использовать на полную “мощность”. Необходимо переосмысливать наше отношение к свече и к двигателям от нее работающим. Если раньше к этим двигателям отношение было как к игрушкам, как к технической забаве, как к тренингу перед созданием чего-то более серьезного, то после осознания истинной силы свечи, ясно, что нет ничего более серьезного, чем двигатели, работающие именно от свечи.

Итак, свеча. Это самый необходимый предмет в рюкзаке туристов, путешественников, охотников, рыбаков, альпинистов, одним словом, людей, которые временно покидают пространство охваченное цивилизацией и остаются один на один с природой. Но достижения цивилизации их при этом не отпускают, в рюкзаке оказываются и такие предметы как телефон, фонарик, фотоаппарат, видеокамера, GPS-навигатор, ноутбук, да мало ли что еще. И всем этим завоеваниям цивилизации необходимо электричество, запас которого стремительно тает в течение первых 2-3 дней.

Имея стирлинг-генератор с КПД 10%, который работает от 50-ваттной свечи, получим 5 Ватт электричества. Этого вполне достаточно на подзарядку всех электронных устройств путешественника. А если еще и свечу иметь 200-ваттную, то можно смело и надолго уходить от объятий цивилизации.

Таким образом, максимальные усилия необходимо направить не на увеличение мощности низкотемпературных стирлингов, а на увеличение их КПД, хотя бы до 5%. Тогда эти устройства из разряда игрушек сразу переходят в разряд самых необходимых вещей и не только в рюкзаке. И второе, над чем стоит подумать, - это увеличить мощность свечи до 150-200 Ватт. Неплохо было бы еще, и контролировать ее мощность в процессе горения.

Харьков, апрель - май 2011года