Beaucoup de ceux qui ont regardé le film américain culte "Star Wars" se souviennent encore des plans impressionnants avec des explosions, des flammes, des débris brûlants volant dans tous les sens... Une scène aussi terrible peut-elle se répéter dans l'espace réel ? Dans un espace complètement dépourvu d'air ? Pour répondre à cette question, essayons de comprendre pour commencer comment une bougie ordinaire brûlera station spatiale.
Qu'est-ce que la combustion ? Il s'agit d'une réaction d'oxydation chimique avec dégagement d'une grande quantité de chaleur et formation de produits de combustion chauds. Le processus de combustion ne peut avoir lieu qu'en présence d'une substance combustible, l'oxygène, et à condition que les produits d'oxydation soient évacués de la zone de combustion.
Voyons comment la bougie est disposée et ce qui y brûle exactement. Bougie - une mèche torsadée à partir de fils de coton, remplie de cire, de paraffine ou de stéarine. Beaucoup de gens pensent que la mèche elle-même brûle, mais ce n'est pas le cas. C'est juste la substance autour de la mèche qui brûle, ou plutôt ses paires. La mèche est nécessaire pour que la cire (paraffine, stéarine) fondue par la chaleur de la flamme monte à travers ses capillaires dans la zone de combustion.
Pour tester cela, vous pouvez faire une petite expérience. Soufflez la bougie et amenez immédiatement une allumette allumée à un point situé à deux ou trois centimètres au-dessus de la mèche, là où la vapeur de cire monte. Ils s'embraseront du match, après quoi le feu tombera sur la mèche et la bougie se rallumera (voir pour plus de détails).
Donc, il y a une substance combustible. Il y a aussi suffisamment d'oxygène dans l'air. Et qu'en est-il de l'élimination des produits de combustion ? Il n'y a aucun problème avec cela sur terre. L'air chauffé par la chaleur de la flamme d'une bougie devient moins dense que le froid qui l'entoure et monte avec les produits de la combustion (ils forment une langue de flamme). Si les produits de combustion, et il s'agit de dioxyde de carbone CO 2 et de vapeur d'eau, restent dans la zone de réaction, la combustion s'arrêtera rapidement. Il est facile de vérifier cela: mettez une bougie allumée dans un grand verre - elle s'éteindra.
Et maintenant, réfléchissons à ce qui arrivera à la bougie de la station spatiale, où tous les objets sont en état d'apesanteur. La différence de densité de l'air chaud et froid ne provoquera plus de convection naturelle et après un court laps de temps, il n'y aura plus d'oxygène dans la zone de combustion. Mais un excès de monoxyde de carbone (monoxyde de carbone) CO se forme. Cependant, pendant quelques minutes de plus, la bougie brûlera et la flamme prendra la forme d'une boule entourant la mèche.
Il est également intéressant de savoir de quelle couleur sera la flamme de la bougie sur la station spatiale. Au sol, elle est dominée par une teinte jaune due à la lueur des particules de suie chaudes. Habituellement, un feu brûle à une température de 1227-1721 o C. En apesanteur, on a remarqué qu'à mesure que la substance combustible s'épuise, une combustion «à froid» commence à une température de 227-527 o C. Dans ces conditions, un mélange d'hydrocarbures saturés dans la cire libère de l'hydrogène H 2 qui donne à la flamme une teinte bleutée.
Quelqu'un a-t-il allumé de vraies bougies dans l'espace ? Il s'avère qu'ils l'ont allumé - en orbite. Cela a d'abord été fait en 1992 dans le module expérimental du vaisseau spatial Spece Shuttle, puis dans le vaisseau spatial Columbia de la NASA, et en 1996, l'expérience a été répétée à la station Mir. Bien sûr, ce travail n'a pas été fait par simple curiosité, mais afin de comprendre quelles conséquences un incendie à bord de la station pouvait entraîner et comment y faire face.
D'octobre 2008 à mai 2012, des expériences similaires ont été menées dans le cadre du projet de la NASA à la Station spatiale internationale. Cette fois, les cosmonautes ont examiné des substances combustibles dans une chambre isolée à différentes pressions et différentes teneurs en oxygène. Puis une combustion "froide" s'établit à basses températures.
Rappelons que les produits de combustion sur terre sont, en règle générale, le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. En apesanteur, dans des conditions de combustion à basse température, des substances hautement toxiques sont libérées, principalement du monoxyde de carbone et du formaldéhyde.
Les chercheurs continuent d'étudier la combustion en apesanteur. Peut-être que les résultats de ces expériences formeront la base du développement de nouvelles technologies, car presque tout ce qui est fait pour l'espace, après un certain temps, trouve une application sur terre.
Nous comprenons maintenant que le réalisateur George Lucas, qui a réalisé Star Wars, a encore fait une grosse erreur en décrivant l'explosion apocalyptique de la station spatiale. En fait, la station éclatée ressemblera à un court flash lumineux. Après cela, il restera une énorme boule bleuâtre, qui s'éteindra très rapidement. Et si tout à coup quelque chose prend vraiment feu à la station, vous devez désactiver automatiquement la circulation d'air artificielle sans délai. Et puis le feu ne se produira pas.
La cire- une masse solide opaque, huileuse au toucher qui fond lorsqu'elle est chauffée. Se compose d'esters d'acides gras d'origine végétale et animale.
Paraffine- mélange cireux d'hydrocarbures saturés.
Stéarine- mélange cireux d'acides stéarique et palmitique avec un mélange d'autres acides gras saturés et insaturés.
convection naturelle- le processus de transfert de chaleur dû à la circulation des masses d'air lors de leur chauffage inégal dans le champ gravitationnel. Lorsque les couches inférieures sont chauffées, elles deviennent plus légères et montent, tandis que les couches supérieures, au contraire, se refroidissent, deviennent plus lourdes et s'affaissent, après quoi le processus se répète encore et encore.
UNE BOUGIE BRÛLERA-T-ELLE EN APESANTEUR ?Approchant Nouvelle année, et les astronautes de la station orbitale se préparent à le rencontrer. Ils demandent au prochain navire de transport de leur envoyer des bougies. Mais les ingénieurs sur Terre pensent qu'il n'est pas nécessaire d'envoyer des bougies, car elles ne brûleront pas en apesanteur.
Que pensez-vous, une bougie ordinaire brûlera-t-elle en apesanteur ?
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Pour qu'une bougie brûle, un apport constant d'oxygène à sa flamme est nécessaire. Dans des conditions terrestres, cet afflux est dû à la convection. Les gaz chauds formés à la suite de la combustion de la stéarine sont plus légers que l'air et s'élèvent donc, et de nouvelles portions d'air entrent à leur place. Cela garantit le flux d'oxygène vers la flamme et l'élimination du monoxyde de carbone (CO) et du dioxyde de carbone (CO2) de la zone de combustion. Il est clair qu'il n'y aura pas de convection dans des conditions d'apesanteur. Il n'y aura qu'un léger apport d'air dû aux courants d'air à l'intérieur de l'engin spatial, ainsi qu'un apport dû à la dilatation des produits de combustion et dû à la diffusion. Les processus énumérés sont faibles et s'ils seront suffisants pour brûler une bougie ne peuvent être découverts qu'expérimentalement.
D'ailleurs
De telles expériences ont été menées sur la station spatiale Mir en 1996. Il s'est avéré qu'une bougie peut brûler en apesanteur. Dans une expérience, la bougie a brûlé pendant 45 minutes. Cependant, en apesanteur, une bougie brûle différemment que sur Terre. Puisqu'il n'y a pas de courants de convection, la flamme d'une bougie n'est pas allongée, comme dans les conditions terrestres, mais sphérique. En l'absence de convection, la flamme se refroidit plus faiblement, sa température est donc plus élevée que sur Terre ; La stéarine de la bougie devient très chaude et libère de l'hydrogène, qui brûle avec une flamme bleue.Pense
Lors d'expériences avec une bougie en apesanteur, un mode de combustion s'est parfois produit avec des micro-explosions périodiques, ce qui a entraîné de fortes fluctuations de la flamme.
Pourquoi les micro-explosions se sont-elles produites ?
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En raison de l'absence de convection, la flamme de la bougie se refroidissait moins, ce qui signifie que sa température était élevée. La stéarine de bougie a surchauffé et a commencé à s'évaporer. La concentration de vapeur de stéarine dans l'air près de la flamme a augmenté jusqu'à ce qu'un mélange explosif se forme. Après cela, une petite explosion a suivi, tandis que les produits de combustion ont été emportés par l'onde de choc, et à leur place Air frais. Si l'explosion n'était pas trop forte, la bougie continuait à brûler, une nouvelle portion de stéarine s'évaporait de sa surface et la prochaine explosion suivait.
Pense
Comment une bougie ou une allumette ordinaire peut-elle brûler plus intensément en apesanteur ? Suggérez différentes manières.
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Vous pouvez souffler sur une allumette. Vous pouvez commencer à faire pivoter l'allumette dans un cercle, assurant ainsi le mouvement de l'allumette par rapport à l'air. Vous pouvez lancer une allumette. Dans l'un des documentaires sur l'apesanteur, l'intrigue suivante a été montrée: une allumette abandonnée s'est déplacée en douceur à l'intérieur du vaisseau spatial et a brûlé assez intensément en raison du flux de nouvelles portions d'air vers sa flamme.http://mgnwww.larc.nasa.gov/db/combustion/combustion.htmlhttp://science.msfc.nasa.gov/newhome/headlines/msad08jul97_1.htm
EXPLOSION DANS LA BOULANGERIE
Dans les temps anciens, le boulanger utilisait un remède sûr pour lutter contre les mouches gênantes. Prenant une poignée de farine, il la jeta en l'air et y mit le feu. Un nuage de farine s'enflamma. Les flammes, le coton et les insectes embêtants ont disparu. Cette méthode a toujours aidé, même si parfois le verre des fenêtres s'envolait du coton. Cependant, le 14 décembre 1785, une catastrophe se produisit à Turin (Italie). Décidant de se débarrasser des mouches de manière éprouvée, le malheureux boulanger a fait exploser toute sa maisonnée. Sous les décombres de la boulangerie, lui et ses hommes de main sont morts. En 1979, de la poussière de farine a explosé dans l'un des moulins à farine de Brême. En conséquence, 14 morts, 17 blessés, dégâts - 100 millions de marks.
La poussière de farine peut-elle provoquer de terribles explosions ? Après tout, ce n'est pas de la dynamite dispersée dans l'air, mais juste des particules de farine ?Volkov A. Aventures de poussière.
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La farine contient des substances d'origine organique, ce qui signifie qu'elle peut brûler. Bien sûr, dans des conditions normales, il n'est pas facile de mettre le feu à la farine. Mais si la farine est dispersée dans l'air, chaque grain de poussière entre en contact avec l'oxygène. De plus, la surface totale des particules de poussière est plusieurs fois plus de zone surface d'un morceau de matière solide de même masse. Cela signifie que lorsqu'une substance est pulvérisée, sa surface augmente énormément de fois. La combustion se produit en surface, puisque c'est la surface de la substance qui est en contact avec l'oxygène atmosphérique. Dans ce cas, les plus petites particules de poussière brûlent si rapidement qu'une explosion se produit.
référence
Une explosion brûle et incroyablement rapide - une fraction de seconde insignifiante. Dans ce cas, l'explosif se transforme en gaz. Le gaz résultant a une température élevée et une pression énorme - des dizaines de milliards de pascals. L'expansion soudaine du gaz provoque un rugissement assourdissant et de graves destructions.Parfois, des substances apparemment inoffensives explosent. Il s'agit notamment de toutes les poussières d'origine organique : farine, sucre, charbon, pain, papier, poivre, pois et même chocolat.Faites exploser uniquement les types de poussière contenant des substances qui réagissent avec l'oxygène. Une explosion ne se produit que lorsque la quantité de poussière dans l'air atteint un certain niveau, et même une étincelle microscopique peut en être la cause.D'ailleurs
La combustion rapide d'une substance à l'état pulvérisé est largement utilisée dans la technologie. Par exemple, le charbon est introduit dans les fours des chaufferies des centrales thermiques sous la forme de la plus petite poussière. Et le grondement silencieux d'une voiture est un écho des explosions d'un mélange de vapeurs d'essence avec de l'air à l'intérieur de son moteur.Shablovsky V. Physique divertissante. Saint-Pétersbourg : Trigon, 1997, p. 101.
D'ailleurs
Le premier explosif très puissant a été synthétisé par Ascanio Sobrero en 1846 à Turin (Italie). C'était de la nitroglycérine, un liquide clair et huileux au goût sucré. A cette époque, les chimistes goûtaient toutes les substances. Même à partir de quelques gouttes de nitroglycérine, mon cœur s'est mis à battre fort et ma tête me faisait mal. Quarante ans plus tard, la nitroglycérine était reconnue comme un médicament.Pense
L'énergie contenue dans l'explosif n'est pas si grande. Par exemple, lors de la combustion de 1 kg de TNT, l'énergie est libérée 8 fois moins que lors de la combustion de 1 kg de charbon. Mais alors pourquoi la TNT est-elle si destructrice ?
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Lors de l'explosion du TNT, l'énergie est libérée des dizaines de millions de fois plus rapidement que lors de la combustion normale du charbon.Shablovsky V. Physique divertissante. Saint-Pétersbourg : Trigon, 1997, p. 100.
Pense
La tendance de la nitroglycérine à exploser est vraiment étonnante. On dit qu'une fois en Angleterre, un paysan a bu une bouteille de nitroglycérine en hiver dans l'espoir de se réchauffer. Il a été retrouvé mort sur la route. Le corps congelé a été amené dans la maison et mis à dégeler près du poêle. En conséquence, le corps du paysan a explosé et la maison a été détruite.
Question: peut-on faire confiance à cette histoire ?Krasnogorov V. Imiter la foudre. M. : Connaissance, 1977. S. 72.Feu en apesanteur 12 septembre 2015
À gauche - une bougie brûle sur Terre et à droite - en apesanteur.
Voici les détails...
Une expérience menée à bord de la Station spatiale internationale a donné des résultats inattendus - une flamme nue ne s'est pas du tout comportée comme les scientifiques l'avaient prévu.
Comme certains érudits aiment à le dire, le feu est le plus ancien et le plus réussi expérience chimique humanité. En effet, le feu a toujours accompagné l'humanité : depuis les premiers feux sur lesquels la viande était frite, jusqu'à la flamme d'un moteur de fusée qui a livré un homme sur la lune. Dans l'ensemble, le feu est un symbole et un instrument du progrès de notre civilisation.
Le Dr Forman A. Williams, professeur de physique à l'Université de Californie à San Diego, travaille depuis longtemps sur l'étude de la flamme. Typiquement, le feu est un processus complexe de milliers d'éléments interconnectés réactions chimiques. Par exemple, dans la flamme d'une bougie, les molécules d'hydrocarbures s'évaporent de la mèche, sont décomposées par la chaleur et se combinent avec l'oxygène pour produire de la lumière, de la chaleur, du CO2 et de l'eau. Certains des fragments d'hydrocarbures sous forme de molécules en forme d'anneaux, appelés hydrocarbures aromatiques polycycliques, forment de la suie, qui peut également brûler ou se transformer en fumée. La forme familière en forme de larme de la flamme de la bougie est créée par la gravité et la convection : l'air chaud monte et aspire de l'air frais et froid dans la flamme, ce qui fait monter la flamme.
Mais il s'avère qu'en apesanteur tout se passe différemment. Dans une expérience appelée FLEX, les scientifiques ont étudié les incendies à bord de l'ISS pour développer des technologies de lutte contre les incendies en apesanteur. Les chercheurs ont enflammé de petites bulles d'heptane à l'intérieur d'une chambre spéciale et ont observé le comportement de la flamme.
Les scientifiques sont confrontés à un phénomène étrange. En microgravité, la flamme brûle différemment, elle forme de petites boules. Ce phénomène était attendu car, contrairement aux flammes sur Terre, en apesanteur, l'oxygène et le carburant se rencontrent en une fine couche à la surface de la sphère. circuits simples qui est différent du feu terrestre. Cependant, une bizarrerie a été découverte : les scientifiques ont observé la poursuite de la combustion des boules de feu même après que, selon tous les calculs, la combustion aurait dû s'arrêter. Dans le même temps, le feu est passé dans la phase dite froide - il a brûlé très faiblement, à tel point que la flamme n'a pas pu être vue. Cependant, il s'agissait d'une combustion et les flammes pouvaient s'embraser instantanément avec une grande force au contact du carburant et de l'oxygène.
D'habitude feu visible brûle à haute température entre 1227 et 1727 degrés Celsius. Les bulles d'heptane sur l'ISS ont également brûlé vivement à cette température, mais lorsque le carburant a été épuisé et refroidi, une combustion complètement différente a commencé - à froid. Il se déroule à une température relativement basse de 227 à 527 degrés Celsius et ne produit pas de suie, de CO2 et d'eau, mais plus de monoxyde de carbone et de formaldéhyde toxiques.
Des types similaires de flammes froides ont été reproduits dans des laboratoires sur Terre, mais dans des conditions gravitationnelles, un tel feu lui-même est instable et s'éteint toujours rapidement. Sur l'ISS, cependant, une flamme froide peut brûler régulièrement pendant plusieurs minutes. Ce n'est pas une découverte très agréable, car un feu froid présente un danger accru : il est plus facile à allumer, y compris spontanément, il est plus difficile à détecter et, de plus, il dégage plus de substances toxiques. D'autre part, la découverte peut trouver utilisation pratique, par exemple, dans la technologie HCCI, qui consiste à enflammer le carburant des moteurs à essence non pas à partir de bougies, mais à partir d'une flamme froide.
Pourquoi la combustion se produit-elle ? Lorsque des substances organiques sont chauffées au-dessus d'une certaine valeur seuil - la température d'inflammation - leur réaction active avec l'oxygène atmosphérique commence.
La composition principale des atomes de substances organiques est le carbone (C) et l'hydrogène (H). Le carbone se combine avec l'oxygène pour former du dioxyde de carbone (CO2), hydrogène - eau (H20). La réaction, à son tour, va de pair avec le dégagement de chaleur, qui assure sa poursuite. Ainsi, pour que la combustion se produise en principe, deux conditions sont nécessaires :
1) pour que la température d'allumage soit inférieure à la température de combustion
2) assurer un apport suffisant en oxygène pour poursuivre la réaction.
Pourquoi la flamme d'une bougie est-elle dirigée vers le haut ? Lors de la combustion, l'air chauffé par la flamme se précipite (rappelez-vous la physique? L'air chaud est plus léger, donc il monte. Plus précisément, il est déplacé par plus froid, ce qui signifie plus lourd.) L'air froid s'écoule dans l'endroit libéré par l'air chaud, contenant plus d'oxygène. Évidemment, si vous couvrez la bougie, par exemple, avec un bocal en verre, la bougie s'éteindra assez rapidement - dès que tout l'oxygène aura réagi. Au fait, une autre question intéressante. Pourquoi, bien que le dioxyde de carbone soit invisible et que la vapeur d'eau ne soit visible que lorsqu'il y en a beaucoup, mais que nous voyons parfaitement la flamme d'une bougie? Nous voyons des particules chauffées de matière non brûlée. Ce sont ceux qui forment la suie (soot). Nous le verrons si nous tenons, par exemple, une cuillère au-dessus de la flamme.
Maintenant, enfin, nous revenons à nos moutons. C'est-à-dire à la question de savoir si une bougie brûlera en apesanteur. De toute évidence, la question s'est posée sur la base du raisonnement selon lequel, puisqu'il n'y a pas de gravité terrestre, l'air chaud ne sera pas déplacé par de l'air froid et les problèmes commenceront avec l'afflux d'oxygène. Cependant, ici, le mouvement thermique vient à la rescousse. Les molécules chauffées de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau se déplacent plusieurs fois plus vite que les molécules d'oxygène, ce qui peut, en principe, permettre à une bougie de brûler. Donc, en résumant, nous concluons. En principe, une bougie brûle, bien que lentement, mais elle le peut.
Soit dit en passant, à un moment cette question a été posée par Albert Einstein, et lui-même y a répondu par la négative. Pas de débit d'air, pas de combustion. Mais l'expérience a prouvé le contraire.
http://evolutsia.com/content/view/3057/40/
Une expérience inhabituelle a été réalisée dans l'espace. L'astronaute japonais Takao Doi
à bord du module américain de l'ISS, a lancé un boomerang conventionnel.
Les experts voulaient voir comment cet objet se comporterait s'il était lancé en apesanteur.
À la surprise de beaucoup, dont le champion du monde lanceur de boomerang Yasuhiro Togai, le boomerang est de retour !
Une autre expérience en apesanteur
Albert Einstein, bien avant les vols spatiaux, a réfléchi à la curieuse question : une bougie brûlera-t-elle dans le cockpit d'un vaisseau spatial ? Einstein pensait que "non", car en raison de l'apesanteur, les gaz chauds ne quitteraient pas la zone de la flamme. Ainsi, l'accès de l'oxygène à la mèche sera bloqué, et la flamme s'éteindra.
Les expérimentateurs modernes ont décidé de tester expérimentalement la déclaration d'Einstein. L'expérience suivante a été réalisée dans l'un des laboratoires. Une bougie allumée placée dans un endroit fermé bocal en verre, tombé d'une hauteur d'environ 70 m. L'objet tombant était en état d'apesanteur, si la résistance de l'air n'est pas prise en compte. Cependant, la bougie ne s'est pas éteinte, seule la forme de la flamme a changé, elle est devenue plus sphérique et la lumière émise par elle est devenue moins brillante.
Les expérimentateurs ont expliqué la combustion en cours en apesanteur par diffusion, grâce à laquelle l'oxygène de l'espace environnant pénétrait encore dans la zone de la flamme. Après tout, le processus de diffusion ne dépend pas de l'action des forces gravitationnelles.
Cependant, les conditions de combustion en apesanteur sont différentes de celles sur Terre. Cette circonstance a dû être prise en compte par les concepteurs soviétiques qui ont créé un Machine de soudage pour le soudage en apesanteur.
Cet appareil a été testé en 1969 sur le vaisseau spatial soviétique Soyouz-8 et a fonctionné avec succès.
Le saviez-vous?
Premiers boutons
Comment les vêtements étaient-ils attachés il y a longtemps ?
Pour ce faire, ils utilisaient des boutons de manchette, et plus souvent des lacets et des rubans.
Ensuite, des boutons sont apparus, et souvent ils étaient cousus sur beaucoup plus que des boucles n'étaient faites. Le fait est que les boutons étaient à l'origine destinés uniquement aux riches, non seulement pour les attaches, mais le plus souvent pour la décoration des vêtements. Les boutons ont été fabriqués à partir de pierres précieuses et métaux précieux.
Plus la personne était noble, riche, plus il y avait de boutons sur ses vêtements. Beaucoup se sont opposés aux nouvelles attaches à cette époque, les considérant comme un luxe inabordable. C'était bien souvent le cas. Par exemple, le roi de France François Ier ordonna d'orner sa camisole de velours noir de 13 600 boutons d'or.