Feuer
Das Feuer (von althochdeutsch: fiur) ist eine Form der chemischen Verbrennung mit Flammenbildung, bei der Licht und Wärme abgegeben werden.
Begriff
- Im übertragenen Sinn hat Feuer oder ist ein feuriger Charakter, wer leidenschaftlich und impulsiv handelt.
- Im Brillant wird weißes Licht, hervorgerufen durch die hohe Brechzahl und die hohe Dispersion des Ausgangsmaterials Diamant sowie durch den speziellen Brillantschliff in vielen tausend bunten Lichtpunkten reflektiert, was man im allgemeinen als Feuer bezeichnet.
- Militärtechnisch ist Feuer der Begriff, der das Starten oder Abfeuern von Projektilen beschreibt (Feuer frei!).
Bedeutung
Eine unkontrollierte Verbrennung wird als Brand bezeichnet, eine Verbrennung ohne Flammenbildung als Glut.
Die Kontrolle des Feuers war ein wichtiger Schritt in der Entstehung menschlicher Kulturen und Zivilisationen. Sein Gebrauch durch den Menschen ist für eine Zeit bis etwa vor 300.000 Jahren nachgewiesen, vermutlich ist das Feuer aber schon vor 790.000 Jahren verwendet worden, wie 2004 veröffentlichte Funde in Gesher Benot Ya'aqov belegen könnten. Nachdem jahrhundertelang nur die einfache offene Feuerstelle als Heizung und zur Speisezubereitung diente, setzte sich im 19. Jahrhundert sowohl der Ofen als Heizung, wie auch der Herd als Kochstelle langsam durch.
Praktischer Vorgang
Entfachen eines Feuers
Um ein Feuer zu entzünden, also einen brennbaren Stoff oder ein brennbares Material anzuzünden bedarf es mehrerer Faktoren:
- ein Brennstoff
- Sauerstoff
- das richtige Mengenverhältnis (von Brennstoff zu Sauerstoff)
- eine Initialzündung, um Zündtemperatur zu erreichen:
- Durch Reibung: Üblich ist das so genannte Feuerbohren, bei dem ein Stück weiches Holz schnell zwischen den Handflächen oder effizienter mithilfe eines Bogens in einem Stück harten Holzes gedreht wird. Wenn genug Hitze entsteht, wird der Zunder vorsichtig an die heiße Stelle gebracht. Bei einem Alternativverfahren, dem so genannten Feuersägen (siehe Bild rechts), wird ein Stück weiches Holz schnell in einer Kerbe eines Stück harten Holzes hin und her geführt -- der Zunder liegt dabei in der Kerbe. Sobald dieser glimmt, wird er vorsichtig angefacht und mit ihm Späne oder kleine Holzstücke entzündet. Diese wiederum können zum Entzünden größerer Holzscheite genutzt werden.
- Durch Funkenschlag: Ein Stück Pyrit wird mit einem anderen Stück Pyrit, einem Feuerstein oder einem Stück Stahl geschlagen, um Funken zu erzeugen, die man in den Zunder fallen lässt.
- Durch Luftkompression: Dieses Verfahren wird in Hinterindien mit der Feuerpumpe angewandt.
Heutzutage werden Feuer meist mit dem Feuerzeug oder mit Streichhölzern angezündet. Gegebenenfalls wird ein Fidibus verwendet, um unzugängliche Stellen zu entzünden.
Vorindustrielle Völker kannten verschiedene Methoden, um Feuer zu entfachen. Alle erfordern Zunder, um die entstandene Hitze in eine Flamme umzusetzen. Geübte Menschen können mit ihrer Hilfe ein kleines Feuer in etwa einer Minute entfachen; siehe dazu auch Survival.
Feuerlöschen
Zur Brandbekämpfung muss eines von drei, für Feuer notwendigen Dingen entzogen werden:
- Sauerstoff, wodurch die Flamme "erstickt". Die Feuerwehr verwendet hierzu Löschschaum, der sich wie eine Decke über den Brandherd legt.
- Energie. Abkühlen brennbarer Materialien unter die Zündtemperatur (mit Wasser), wobei die Wirkung der o. g. Initialzündung rückgängig gemacht und dem Feuer die Energie genommen wird.
- Brennstoff.
Wirkungsgrad
Ein offenes Feuer setzt viel Energie frei. Die althergebrachte Methode, einen Topf ohne Deckel auf drei Steine zu stellen und dazwischen ein Feuer zu entfachen, sollte nur angewandt werden, wenn genügend Brennholz zur Verfügung steht. Eine einfache Energiesparmethode zeigt das Bild rechts. Das Feuer brennt in einer Konservendose, auf ihr steht ein Topf mit Deckel. Der Deckel hält Wasserdampf zurück und Energie, die in Kondenswärme umgesetzt wird, entweicht nicht in die Umgebung.
Mit einer Handvoll Reisig lässt sich Wasser kochen. Im Idealfall genügt ein fingerdicker Holzstock von 10 cm Länge, um eine Wassermenge von 200 ml zum Kochen zu bringen:
- Wie viel Holz benötigt man, um eine Tasse Suppe zu kochen?
- Eine Tasse Suppe (200 ml): m = 0,2 kg
- Spezifische Wärme von Wasser: C = 4 kJ/(kg·K)
- Temperaturunterschied zur Raumtemperatur: T = 100 °C – 20 °C = 80 K
- Heizwert von trockenem Holz: H = 10 MJ/kg
- Dichte von Holz: 0,7 g/cm³
- Gesuchte Wärmemenge, um die Suppe zu erhitzen: Q
- Gesuchte Holzmasse, die die Wärmemenge q liefert: M
- q = C · m · T = 4 · 0,2 · 80 kJ = 70 kJ
- M = q / H = 0,07 / 10 kg = 7 g
- Wenn sich die Verbrennungswärme vollständig nutzen lässt, genügen 7 g Holz, um 200 ml Wasser auf 100 °C zu erwärmen.
Zweck- und Schadfeuer
Man unterscheidet grundsätzlich Zweck- und Schadfeuer.
Das Zweckfeuer ist ein beabsichtigtes und kontrollierbares Feuer, das zum Erwärmen oder Verbrennen von Gegenständen oder anderem gedacht ist, zum Beispiel das Kaminfeuer, das Lagerfeuer oder das Grillfeuer.
Das Schadfeuer, Brand genannt, ist ein zerstörerisches, meist unbeabsichtigtes Feuer. Es verbrennt ungewollt Gegenstände und ist meistens erst kontrollierbar, nachdem es eingedämmt wurde. Bekämpfung von Schadfeuern ist die originäre Aufgabe der Feuerwehren.
Die Versicherungen definieren den Begriff Feuer meistens als Brand, welcher ohne bestimmungsgemäßen Herd entstanden ist oder diesen verlassen hat und sich selbständig auszubreiten vermag. Bestimmungsgemäßer Herd kann hier jedes Objekt sein, welches dafür bestimmt ist, Hitze (Backofen, Bügeleisen) oder Feuer zu erzeugen (Kerze, Gas- oder Kohleofen und andere).
Geschichte
Die (zunächst) Zähmung von Wildfeuern, dann auch die Kunstfertigkeit, es selber zu entfachen und zu bewahren, ist eine wichtige Stufe der Entstehung des heutigen Menschen. Feuer ermöglichte Licht, das Wärmen, den Schutz vor wilden Tieren, die Metallverformung, Herstellung von Tongefäßen und zahlreiche neue Speisezubereitungen (zum Beispiel Fleischkonservierung durch Braten).
Der Frühmensch hat das Feuer bereits vor etwa 790.000 Jahren kontrolliert genutzt. Das legen Überreste von verbranntem Samen, Holz und Feuerstein an einer Fundstelle namens Gesher Benot Ya‘aqov in Israel nahe.
Religiöse Vorstellungen des Feuers
Die Bedeutung des Feuers spiegelt sich in zahlreichen Mythen wider, etwa dem des Feuerbringers Prometheus.
Die alte Religion des persischen Religionsstifters Zarathustra wirkte nachhaltig in die dortige Volkskultur hinein. So wurde bei der Ausbreitung des Islams von „Feueranbetern“ berichtet. Auch heute noch lebt diese Religion als Parsismus fort. Viele persische Vornamen nehmen auf das Feuer Bezug.
Die Römer verehrten als Göttin des Herdfeuers die Vesta mit einem eigenen Frauenkult.
Judentum / Christentum: Im Altes Testament der Bibel sind Feuer, Rauch und Beben Begleiterscheinungen einer Theophanie (Gotteserscheinung, vgl. z. B. 2. Buch Mose, Kapitel 3). Dem Feuer wird außerdem reinigende Wirkung zugesprochen. Nach dem Zeugnis der Apostelgeschichte zeigte sich der Heilige Geist „in Zungen wie von Feuer“(vgl. Apg 2 Pfingsten). In der Osternacht wird am Osterfeuer die Osterkerze, Sinnbild der Auferstehung Jesu Christi, entzündet. Der Brauch des Osterfeuers hat vermutlich vorchristliche Wurzeln. Bei Johannes nennt sich Jesus selbst das Licht der Welt.
Im Hinduismus ist Agni, das Feuer, die Verkörperung Gottes der auf der Erde in Flammenform erscheint. Feuer spielt im Gottesdienst sowie in allen anderen religiösen Riten eine herausragende Rolle: Die populärste tägliche Zeremonie ist das Arati, wo man ein Butterlicht vor dem Altar schwenkt. Das Feueropfer, Yaggya (auch Yajna) genannt, war ursprünglich wahrscheinlich das wichtigste Opferritual, bei dem die Opfergaben in das heilige Feuer geworfen wurden.
Auch heute noch spielt das Feuer im Glaubensleben der Hindus eine wichtige Rolle: Zu bestimmten Anlässen, ganz besonders wenn es um Reinigungszeremonien wie Einweihung von Wohnungen, Geschäften oder dergleichen geht, entzündet der Priester unter Gebeten rituell das heilige Feuer. Im Feueropfer, heute auch Homa oder Havan genannt, verehrt er Agni. Bei einer Wohnungseinweihung etwa trägt der Priester oder der Besitzer anschließend die Schüssel mit dem glimmenden Feuer segnend durch die Räume. Besonders bei allen hinduistischen Sakramenten ist immer die lebendige Anwesenheit des Göttlichen in seiner Flammenform notwendig: Ein hinduistisches Paar schließt die Ehe, indem es gemeinsam siebenmal um das Feuer herumgeht.
In manchen Naturreligionen gibt es einen oder mehrere Feuergeist(er). Im finnischen Epos Kalevala spielt der Raub der Feuermühle Sampo aus dem „Nordort“ (Pohjola) eine bedeutende Rolle, nach der auch die finnische Streichholz-Marke „Sampo“ benannt ist.
Frühe naturwissenschaftliche Konzepte des Feuers
Im antiken Griechenland wurde dem Element Feuer der Tetraeder als einer der fünf Platonischen Körper zugeordnet. Feuer galt als eines der Elemente sowohl der klassischen Vier-Elemente-Lehre als auch der chinesisch-japanischen Fünf-Elemente-Lehre.
Nutzung
Feuer wird auch in der heutigen Zeit oft genutzt. Jedoch wird es immer mehr von anderen Hitze- und Lichtquellen usw. abgelöst, die u. a. ungefährlicher sind. Die Befeuerung ist eine Illumination bestimmter Orte zur Navigation.
Kunst
In der Kunst wird das Feuer in allen Sparten der Kunst verarbeitet. Die Darstellung von bzw. der Umgang mit realem Feuer zu Unterhaltungszwecken wird Feuerschau oder Feuershow genannt.
Chemisch-physikalischer Hintergrund
Chemisch gesehen ist Feuer eine Redoxreaktion mit Flammenerscheinung; vgl. Verbrennung (Chemie). Bei der Verbrennung von organischen Materialien werden die vorhandenen Kohlenwasserstoffe unter Sauerstoffüberschuss in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt.
Feuer kann auch als eine besondere Form von Plasma angesehen werden.
Feuer ist auch eine physikalische Erscheinung und eine exotherme Reaktion (Feuer gibt mehr Energie ab, als es zum Zünden benötigt). Heiße Teilchen, die aus dem brennenden Material entweichen, also Rauch oder Gas, erlangen kurzzeitig ein höheres Energieniveau. Dabei werden Elektronen auf eine höhere Bahn gebracht. Da dieses Energieniveau des einzelnen Atoms/Moleküls instabil ist, fällt das Elektron nach einer bestimmten Halbwertszeit auf seine ursprüngliche Bahn zurück. Dabei gibt es Energie in Form eines Lichtquants (Photons) ab. Man spricht hierbei von Emission. Nicht jede Emission ist für das menschliche Auge sichtbar, es entsteht häufig auch infrarote Strahlung. Das Photon hat die Energie oder . Siehe dazu: Flammenfärbung
Vereinfacht gesagt ist Feuer also das Verbrennen von Gasen, die die dabei entstehende Energie in Form von Licht und Wärme an die Umgebung abgeben.
Feuer in der Industrie
Energiefreisetzung
- bei Verbrennungen: Freiwerden von Energie u.a. in Form von Wärme - Nutzen für a) zur Erzeugung elektrischen Stromes b) zu Heizzwecken c) Verbrennungsmotor: Wärme in Bewegungsenergie - Dienst (Verbrennungsreaktionen) zur Herstellung von chem. Substanzen - denn heuteà Verbrennung des meisten Mülls 2. Bild „Kraftwerk“ - „Herz“ = Wärmequelle/Feuer - Wasser à Dampf unter hohem Druck - Antrieb einer Dampfturbine mit Generator - Kraftwerke à möglichst viel Energie in Form von Strom aus Dampf 3. Bild „Viertaktmotor“ - Wärme in Bewegung - Verdampfen des Benzins (Vergaser); dann +O in Zylinder - dort: explosionsartige Verbrennung - zur vollständigen Verbrennung von 1 kg Treibstoff Benötigung von ca. 16-23 kg Luft - Führung weiterer Entwicklung der Fahrzeugmotoren zur Nutzung des H, als Treibstoff oder zur Stromgewinnung für Elektromotoren - für Schutz unserer Luft vor Schadstoffen = entscheidender Durchbruch - H in unerschöpflichen Vorräten auf der Erde vorhanden - Viertaktmotoren à Verbrennung von Benzin /Dieselöl (genau aufeinander abgestimmte Takte) - explosionsartig verbrennender Treibstoff à Stoßen des Kolbens nach unten - dadurch Antreiben von Kurbel und Nockenwelle - N.-welle: Steuerung der Ventile, um Energieverlust zu reduzieren 4. Verbrennung - bei Verbrennung à ein Stoff + Sauerstoff (Oxidation) - dabei: Freisetzung großer Mengen an Wärme - Unterscheidung von a) Verbrennungsprozess mit Flammenbildung von so genannter stiller, flammenloser Verbrennung (bei Metallen, z. B. rostendes Eisen oder bei der Verwertung unserer Nährstoffe im Körper) b) festen Brennstoffen (Kohle, Koks, Holz, Torf), hauptsächlich aus Kohlenstoff; Brenn-stoff beim Zünden und Weiterbrennen zersetzt (Entweichung der meisten Bestandteile der Brennstoffe als Gase, die in einer Flamme verbrennen); zurückbleiben des festen Kohlenstoffs, anschließende Verbrennung als Glut; Verbrennung à Erforderung einer Oberflächentemperatur (400-800 °C) - glühende Holzkohle von einem Gebläse so starke Anfachung mgl.: Eisenerz zum Schmelzen (über 1300 °C) - Kelten und Römer: Nutzung vor 2000-2500 Jahren Holzkohle zur Eisenherstellung - Herstellung aus Buchenholz 5. Flüssige und gasförmige Brennstoffe - neben Erdgas auch Öle und Benzine (Gewinn hauptsächlich aus Erdöl) = s. Überschr. - Hauptbestandteil = Kohlenstoff - Miaschung gasförmiger Brennstoffe wie Erdgas vor Verbrennung meist mit Luft - Erdgasflammen à Temperaturen über 1930 °C 6. Verbrennungsprodukte - gewöhnliche Brennstoffe à Verwandlung bei Verbrennung mit Luftsauerstoff zu Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserdampf - diese Abgase für Umwelt belastend - K.-monoxid = hochgiftig; K.-dioxid = Treibhausgas (angeblicher Beitrag zur Ver-schlechterung des Klimas) - Wasser = unschädlich; Entstehung z. B. bei Verbrennung von Erdgas - sauberster Brennstoff = Wasserstoff (Verbrennungsprodukt = reines Wasser, „Wasser schon verbrannt“) - Bestand von Rauch hauptsächlich aus o.g. Gasen + Verunreinigungen durch Ruß (=unverbrannten Kohlenstaub) - Asche = Rest aus unbrennbaren Bestandteilen, hauptsächlich Mineralien - allgem.: Wärmeenergie in vielerlei Weise technisch genutzt
Siehe auch
Feuerwehr, Feuerzeug, Feuerwerk, Brand, Flammen
Literatur
- Adam Merschbacher: Brandschutz: Praxishandbuch für die Planung, Ausführung und Überwachung. Verlagsgesellschaft Rudolf Müller, 2005, ISBN 3-481-02054-6
Weblinks
- Outdoor-Kochstellen (PDF)
- Urahn des heimischen Herdes – Der frühe Mensch hat das Feuer bereits vor etwa 790.000 Jahren kontrolliert genutzt