一个小箱子点火引燃之后产生的烟花怎么设计？

各类烟花@

于是，当时年少无知的小编不禁产生疑问……为什么点燃地上的一个小盒子后产生的烟花是这样的呢？ 烟花是如何设计和制作的，才能产生如此耀眼的效果呢？

图片来自网络

烟花的种类有很多种，你在电视节目中看到的烟花都是“砰”的一声飞上天空，然后爆炸的。 它们是一类特殊的烟花，称为烟花。

烟花@

烟花的绽放一般可分为两个阶段。 第一阶段是烟花的发射：“砰”的一声，地上的东西飞上了天空。 第二阶段大概就是烟花弹的爆炸，一朵烟花在天空中爆炸。 这两个阶段发生了什么？

某种烟花的内部结构大概是这样的[1]。

烟花结构@

将烟花射向天空

当我们点燃导火索（快速导火索）时，导火索给了朋友们疏散的时间，延缓了爆炸。 当保险丝烧到推进剂时，点燃推进剂。 推进剂一般是中国古代炼金术士发现的黑色火药。 烟花点燃后爆炸发出的“砰”的声音就是爆炸声。 黑火药的主要成分是硫磺、木炭、硝酸钾。 爆炸的反应方程式比较复杂。 典型的化学反应方程式如下（熟悉的一硫、二硝酸和三个碳）：

这种爆炸反应会产生大量的热量和高温气体，与火箭发射的原理类似。 高温气体产生巨大推力，将炮弹推向高空。 在高空飞翔的过程中，经常会听到一声哨子般的、噼啪的声音，这是烟花的音效。 它来源于一种特殊的热声耦合燃烧——脉动燃烧。

脉冲燃烧

脉动燃烧是一种特殊的不稳定燃烧过程。 燃烧区的温度、压力、空气流速等参数会随时间发生周期性波动。 脉动燃烧在工业应用过程中，会从燃烧器尾管辐射出大量噪声[2]。 该技术涉及大量热声耦合、大振幅声波效应等非线性过程，非常复杂，目前尚无相关理论[3]。

但缺乏相关理论并不意味着我们没有或不能利用它。

从事烟花制作的人都知道，为了让烟花发出如此哨声般的声音，需要一种特殊的燃烧物质——笛剂。 将氧化剂（高氯酸钾、氯酸钾）和笛剂（主要是苯的衍生物）混合装入纸管或塑料管中。 点火后会发生脉动燃烧，产生清脆的笛声[4]。

@参考文献[4]

这种脉动燃烧使空气每秒剧烈振动数千次，释放出高频声波。 因此，装载有笛剂和氧化剂的燃烧室在充当推进器的同时，也会发出尖锐的汽笛般的声音。

除了升空的烟花之外，还有一种著名的有声音的烟花。 小编家乡喜欢叫他天猴，正是这个意思：

@-

该小工具使用的推进剂成分是高氯酸钾和邻苯二甲酸氢钾。 至于这个邻苯二甲酸氢钾，从上表可以看出，它也是一种笛剂（虽然燃烧产生的声音频率不稳定，但仍然产生100dB的声压）。

一朵烟花绽放

推进剂引爆后，延时引信被点燃，计时器开始计时。 等到机壳飞到高空需要点火时，延时保险丝几乎已经完全烧断。 于是炸药就发射了，引爆了，炸毁了满天的星星。 烟花爆炸时显示的图案取决于星星在烟弹中的位置。 如果药物使烟花爆炸成特定形状，则需要仔细设计烟花中星星的排列[5]。

这颗星星是什么？ 是整个烟花中最关键、最神秘的部分~

其主要成分是镁粉、高氯酸钾和金属盐或金属粉末[6]。

明星食材@ - “如何制作受欢迎的烟花”

星星点燃后，作为还原剂的镁粉和作为氧化剂的高氯酸钾剧烈燃烧，放出大量的光和热（不产生气体），成为烟花中的闪亮物。

但烟花的颜色从何而来呢？ 这就涉及到一个与物理、化学相关的重要现象——火焰反应。

火焰反应

金属元素或其化合物在极高的温度环境下会蒸发成单个颗粒，并且只有单个颗粒才能发生火焰反应。 （大块固体样品不会发生火焰反应，因为大块材料的发光主要与材料中电子的运动有关。大块固体样品中存在各种运动状态的电子，因此大块材料发出的光材料的光谱非常宽广，不呈现相对单一的颜色[7]）。 火焰中的游离金属元素或金属离子在高温下会被激发到具有较高能量的激发态。

但较高能量的激发态原子并不稳定，总是会跃迁到最低能量和最稳定的基态。 在这个过程中，原子发射的光子能量（hν）恰好等于激发态（能量E2）和基态（能量E1）之间的能量差。

@

这样发射的光子的波长并不取决于蒸发的金属粒子的温度，而只取决于发生跃迁的两个能级之间的能量差，而这种能量差只与原子的类型有关。 关系。

所以不同的金属离子会有不同的颜色，这样我们就可以利用不同的金属和金属化合物产生各种各样的颜色。

恒星中的金属或金属化合物，被镁和高氯酸钾燃烧释放的大量热量加热后，通过火焰反应发出自己的光。

火焰反应颜色[8]

结论

从一个才几岁什么都不懂的傻孩子到今天的小编，已经过去了十多个春节了。 看着稿子，我不禁想起十多年前在烟花前跳跃的自己。 时光荏苒，日月飞逝。 虽然亲眼看到烟花绽放越来越难，但它们的物理和化学原理却越来越清晰。

无论如何，这是中国新年。 在快乐享受烟花绽放的美丽与绚丽的同时，也不要错过烟花绽放背后同样美丽与绚丽的物理和化学原理~

PS：禁止燃放烟花爆竹的，必须严格遵守规定。

参考

[1] .com//@/the--of--happy--of-july

[2] 邵东伟，王俊发，刘元军，等。 脉动燃烧技术研究及应用现状[J]. 现代农业，2009（7）：41-43。

[3] 吴云飞，邓凯，沈忠良，等。 脉动燃烧技术进展[J]． 轻工机械，2013（1）：106-110。

[4] 蓝海康. 笛剂与化学结构的联系[J]. 烟花技术与市场，1994（1）：20-21。

[5].com/p/

[6] 如何制作爆炸烟花

[7]

[8]./2013/12/30/之--/

编辑：Luna