מה קצב צריכת החמצן ופליטת האנרגיה של נר? עמוס

נוסח השאלה המלא:  עבור נר שעווה רגיל, בקוטר של 1 ס"מ, מהוא קצב צריכת החמצן ופליטת האנרגיה, ומה הנוסחא של התגובה הכימית.

בעירה של נר מתרחשת רק סביב הפתיל שלו, ולכן קוטר הנר הוא לא משתנה שמשפיע כל-כך על קצב הבעירה של נרות. נר דק של עוגת יום-הולדת, 'נר של שבת' ונר נשמה בעל קוטר רב מאוד יבערו פחות או יותר (בממוצע) באותו קצב אם לשניהם יהיה אותו פתיל. ומצד שני – מי שאי-פעם הכין לפיד, נגיד במסגרת תנועת נוער, יודע שמדובר בעצם בסוג של נר בעל קוטר פתיל ענק (שמיוצר על ידי טבילה של קרש עטוף בבד בתוך שעווה), לפיד בעל הקוטר פתיל הגדול יבער בקצב גבוה מאוד.

נר בוער, צילום Matthew Bowden, תמונה באדיבות ויקיפדיה

עבור נרות חנוכה שמצאתי בביתי, כתוב על האריזה שהוא 'בוערים מעל שעה', משקל ממוצע של כל נר הוא 6.5 גר'. הנתונים הללו מתאימים לנתונים המקובלים עבור נרות, בהם נהוג להניח קצב בעירה של 0.1 גר' בכל דקה. אנחנו נשתמש בנתון הזה כדי לחשב את קצב צריכת החמצן של הנר.
בעבר השתמשו בשומנים מהחי על מנת ליצר נרות (כמו שומן של בעלי חיים, דונג מכוורות דבורים וכו') היום משתמשים כמעט באופן בלעדי בתזקיקים של נפט על מנת לייצר נרות, כאשר ה"חומר" העיקרי ליצור נרות הוא פַּרַפִין. כתבתי את המילה 'חומר' בתוך מרכאות, משום שלא מדובר בחומר טהור, אלא למעשה בתערובת של חומרים, התערובת בעלת טמפ' הרתיחה הגבוהה ביותר שנמצאת בתוך הנפט הגולמי, וכאמור מתקבלת על ידי זיקוק של נפט (פירוט על תהליך הזיקוק). הפרפין הוא למעשה תרכובת ממשפחת ה'אלקאנים', כלומר תרכובת של פחמן (C), ומימן (H) בלבד, כאשר הפרפינים מאופיינים בשרשראות ארוכות של פחמן (מ-20 ועד 40 פחמנים בכל מולקולה). כיוון שאין מולקולה בודדת שמאפיינת שעווה, מה שאפשר לעשות, זה לקחת מבנה מולקולה 'ממוצעת' שנמצאת בפרפין, בקירוב טוב. למשל מולקולה בעלת 25 פחמנים, C₂₅H₅₂ (הנוסחא הכימית הכללית של כל האלקנים היא C_nH_2n+2). בתגובת השריפה הפרפין מגיב עם החמצן (O₂) שבאוויר – וכשזה מחמצן את המולקולה, הפחמן שבה מתחמצן ל-פחמן דו חמצני (CO₂) והמימן שבה מתחמצן לאדי מים (H₂O), והכל לפי התגובה הכימית הבאה:

C₂₅H₅₂ + 38O₂ --------------> 25CO₂ + 26H₂O

כפי שרואים בנוסחא, על כל מולקולה של שעווה שנשרפת, נצרכות 38 מולקולות של חמצן מהאוויר. אם כל דקה נשרפים 0.1 גרמים של שעווה, ומשקל כל מול של שעווה (להסבר מהו מול) הוא 352 גרם (כל פחמן שוקל 12, וכל מימן 1, בסך הכל יוצא 25*52+12*1=352), כלומר כל דקה נשרפים 0.1/352=0.00028 מול שעווה, שצורכים פי 38 מולים של חמצן = 0.0108 מול חמצן בדקה. כיוון שהנפח של מול חמצן בתנאי חדר הוא 25 ליטר, ניתן לסכם ולומר כי כאשר נר ממוצע בוער, בכל דקה הוא צורך 0.27 ליטר (0.0108*25), שהם 270 סמ"ק של חמצן טהור.

נר נשמה, תמונה באדיבות ויקיפדיה

לגבי פליטת האנרגיה של נר, מחקר שנערך לאחרונה (על ידי Hamins ו-Bundy, בשנת 2005, לחצו כאן לקישור למאמר או בקובץ המצורף בצד שמאל) מצא כי לנר ממוצע הספק של כ- 77 וואט. (77 ג'אול בשנייה) – מעניין שנר הוא אמצעי מאוד בזבזני באנרגיה על מנת להאיר, אפילו מנורת ליבון פשוטה (שבעצמה נחשבת לאמצעי לא יעיל אנרגטית להאיר) של 75 וואט מייצרת אור רב בהרבה משל נר.

שימו לב: מידע חשוב נוסף על בעירת נר - בפורום השאלות והתשובות, בתחתית השאלה