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 חייים, 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 CnH2n+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

ד"ר אבי סאייג
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

15 תגובות

  • רונן סלי

    הארכת זמן הבערה של שעווה

    שלום הייתי מעוניין לדעת איזו שעווה דולקת הכי הרבה זמן

  • דורון

    השוואה בין נר לנורה

    ההשוואה אינה "הוגנת!" נורה היא התקן שמקבל אנרגיה חשמלית והופכת אותה (בצורה לא יעילה) לאנרגית אור. מקור האנרגיה החשמלית הוא בדלק שיעלות הפקת החשמל שלו הוא 30-50% שלא לדבר על הפסדי הולכת החשמל . הנר הוא מערכת המנצלת דלק לאור ולכן ההשוואה צריכה להיות לנורה בת חצי עד שליש מההספק!(20-35 וואט) בלבד.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    צודק, אבל...

    דורון, אתה צודק - אכן כדי ליצר את החשמל, חברת החשמל שורפת בתחנות שלה דלק כלשהו (גז, נפט או פחם). אבל בכך זאת, אם תשווה לנורות חדשות - הפלורסנט הקומפקטיות או נורות ה-לד (LED) אז בהספק של 15 וואט (שבהנחה של יעילות של 50% בחברת החשמל דרוש לשרוף דלקים בהספק של 30 וואט) אפשר להאיר חדר שלם. בנר של 77 וואט - לא.
    אבי

  • אמיר

    **הספק של נר

    שלום לד"ר אבי.
    ראשית קבל מחמאות על המאמר.
    שנית- האם תוכל לשלוח לי את הלינק לניסויים של הספק הנר (2 החבר'ה שמוזכרים לעיל)

    תודה מראש.
    אמיר סולימן

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    בבקשה

    היי אמיר - תודה על המחמאות. הוספתי את הקישור לכתבה (כנראה בזמן שהאתר שלנו עבר שרת הקישור נמחק...). אוסיף קישור גם בתשובה:
    Characterization of Candle Flames
    אבי

  • אריק

    בעירה של נר

    שלום אבי, מה אם הנר במשקל 2 גרם? האם כל עוד הפתיל זהה לפתיל של נר ממוצע ההספק יהיה 77 וואט? ללא כל תלות במבנה הנר?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובה

    אל תקח את המספר 77 וואט כמספר שאי אפשר לזוז ממנו. זה רק ממוצע. אני מניח שגם מבנה הנר עצמו ישפיע (האם צר וגבוה או רחב ונמוך) - לעיתים נוצרת 'בריכה' של שעווה בנרות רחבים שגורמת לבעירה חלשה יותר. אבל בכל אופן ההספק ינוע סביב המספר הזה עבור נרות ממוצעים בעלי אותו פתיל.

  • מוטי

    בערת נר ועישון

    שלום וברכה,

    האם קיים קשר בין נר בוער לעישון.

    כלומר, האם אדם שמעשן רצוי שידליק נר בחדר או שהדבר עלול לגרום נזק למעשן?

    תודה

    מוטי

  • אבי סאייג.

    תשובה

    לא הנר, אלא העישון יגרום נזק (בריאותי) למעשן... אני לא יכול לחשוב על סיבה מדוע 'רצוי' להדליק נר בנוסף לעישון, אם-כבר, הדבר מעלה את הסיכוי לשריפה (אם הנר יפול פתאום על משהו דליק), ואם החדר קטן וסגור לחלוטין – אז הנר גם מקטין את ריכוז החמצן בחדר.

    אבי

  • עמוס

    בערת נר-המשך

    מצאנו שהתגובה הכימית בבערת נר היא בממוצע:
    C25H52 + 38O2 --------------> 25CO2 + 26H2O

    אפשר להשתמש בנתוני התשובה ולהראות שבכל שניה נשרפים כ4.7 מיקרו מול של פאראפין והם מיצרים כ 70 גאול אנרגיה. בהמשך לזה , האם אפשר להעריך את צריכת האנרגיה ותפוקת האנרגיה בשלבים השונים של התגובה הכימית.
    כלומר בשלבי הפרוק של הפארפין והחמצן, שהם שלבי צריכת אנרגיה, ובשלבי הההרכבה של מולקולות המים והפחמן-דו חמצני שהם שלבים שבהם נוצרת אנרגיה. האנרגיה נטו שמתקבלת צריכה להתאים למה שנכתב לעיל.
    תודה
    עמוס

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובה

    שאלה דומה נענתה בעבר, קשה מאוד להעריך כמה אנרגיה פולט או צורך כל תת-שלב בתגובה הכימית, לחץ כאן להרחבה על נושא השלב בתגובה כימית שבו נפלטת האנרגיה (ובייחוד בפורום התגובות של השאלה). אבי

  • עמוס

    הספק של בערת נר, .

    נכתב בתשובה שההספק של הנר הוא כ77 וואט
    אז יוצא שחנוכיה ביום השמיני פולטת כ 700 וואט
    זה נשמע הרבה מידי.(בערך1 כח סוס...)
    לדעתי מי שנמצא קרוב לחנוכיה כזאת, לא מרגיש חום שמתאים להספק כזה.

    יתכן שהחישוב כולל כמה הנחות נדיבות מידי ושמדובר בהספק קטן יותר?

  • אבי סאייג.

    תשובה

    לפי האינטואיציה שלי – זה דווקא נראה סביר, כל תנור חימום ממוצע של חורף הוא בסביבות 1500 וואט, 700 וואט זה בערך הספק של כיריים חשמליים. ואם תעביר יד מעל חנוכייה עם 9 נרות בוערים, אפילו 30 סמ' מעל תחטוף כוויה, בניגוד לכיריים. לדעתי הסיבה שלא מרגישים בחום הוא בגלל שהוא מוסע כלפי מעלה בעיקר, ולא מוקרן הצידה כמו בתנור, ולכן התחושה יכולה להיות מטעה, בנוסף נר מגיע לטמפ' גבוהות יותר מתנור והרבה אנרגיה מתבזבזת לצורך כך. בכל אופן, דווקא את חישוב ההספק לא בצעתי בעצמי, אלא ציטטתי מתוך מאמר מדעי (שהשתמש בציוד מדידה מתקדם, חזר על הניסוי מספר רב של פעמים, וביצע ניסויי ביקורת). הציטוט המלא מתוך המאמר (באנגלית):

    From measurements of the mean mass loss rate (0.105 g/min) and

    _hc,eff (43.8 kJ/g), the steady-state heat release rate from the candle was

    calculated as 77+/-9W.

  • דותן

    עוד תשובה מדהימה של אבי

    אין, פשוט אין עליו!!

  • אבי סאייג.

    תודה

    תודה רבה על הפידבקים, זה משמח אותי שאוהבים את התשובה.

    אבי