Mnogi od onih koji su gledali kultni američki film “Ratovi zvijezda” još se sjećaju impresivnih snimaka eksplozija, plamena, gorućih krhotina koje su letjele na sve strane... Može li se ovako strašna scena ponoviti u stvarnom svemiru? U prostoru potpuno lišenom zraka? Da bismo odgovorili na ovo pitanje, pokušajmo prvo shvatiti kako će gorjeti obična svijeća svemirska postaja.
Što je izgaranje? Ovo je kemijska reakcija oksidacije koja oslobađa veliku količinu topline i proizvodi vruće proizvode izgaranja. Proces izgaranja može se odvijati samo u prisutnosti zapaljive tvari, kisika, i pod uvjetom da su produkti oksidacije uklonjeni iz zone izgaranja.
Pogledajmo kako svijeća radi i što točno gori u njoj. Svijeća je fitilj upreden od pamučnih niti, napunjen voskom, parafinom ili stearinom. Mnogi ljudi misle da sam fitilj gori, ali to nije tako. Gori tvar oko fitilja, odnosno njegova para. Fitilj je potreban kako bi se vosak (parafin, stearin) rastopljen od topline plamena digao kroz njegove kapilare u zonu izgaranja.
Da biste to provjerili, možete provesti mali eksperiment. Ugasite svijeću i odmah donesite goruću šibicu do točke dva ili tri centimetra iznad fitilja, gdje se diže voštana para. Oni će planuti od šibice, nakon čega će vatra pasti na fitilj i svijeća će se ponovno upaliti (za više detalja, pogledajte).
Dakle, postoji zapaljiva tvar. U zraku ima i sasvim dovoljno kisika. Što je s uklanjanjem produkata izgaranja? S tim nema problema na zemlji. Zrak, zagrijan toplinom plamena svijeće, postaje manje gust od hladnog zraka koji ga okružuje i diže se prema gore zajedno s produktima izgaranja (tvore plameni jezik). Ako produkti izgaranja, a to su ugljikov dioksid CO 2 i vodena para, ostanu u zoni reakcije, izgaranje će brzo prestati. To je lako provjeriti: stavite goruću svijeću u visoku čašu - ugasit će se.
Sada razmislimo o tome što će se dogoditi sa svijećom na svemirskoj stanici, gdje su svi objekti u bestežinskom stanju. Razlika u gustoći toplog i hladnog zraka više neće uzrokovati prirodnu konvekciju i nakon kratkog vremena u zoni izgaranja više neće ostati kisika. Ali stvara se višak ugljičnog monoksida (ugljičnog monoksida) CO. Međutim, svijeća će gorjeti još nekoliko minuta, a plamen će poprimiti oblik kugle koja okružuje fitilj.
Jednako je zanimljivo znati koje će boje biti plamen svijeće na svemirskoj stanici. Na tlu prevladava žuta nijansa uzrokovana sjajem vrućih čestica čađe. Tipično, vatra gori na temperaturi od 1227-1721 o C. U bestežinskom stanju, primijećeno je da kako je zapaljiva tvar iscrpljena, "hladno" izgaranje počinje na temperaturi od 227-527 o C. Pod tim uvjetima, smjesa zasićeni ugljikovodici u vosku oslobađaju vodik H2 koji plamenu daje plavičastu boju.
Je li netko zapalio prave svijeće u svemiru? Ispostavilo se da su ga zapalili – u orbiti. Prvi put je to učinjeno 1992. u eksperimentalnom modulu Space Shuttlea, zatim u NASA-inoj letjelici Columbia, a 1996. eksperiment je ponovljen na postaji Mir. Naravno, ovaj posao nije napravljen iz jednostavne znatiželje, već kako bi se razumjelo do kakvih bi posljedica mogao dovesti požar na stanici i kako se nositi s njim.
Od listopada 2008. do svibnja 2012. slični pokusi provedeni su u sklopu NASA-inog projekta na Međunarodnoj svemirskoj postaji. Ovaj put astronauti su ispitivali zapaljive tvari u izoliranoj komori pri različitim tlakovima i različitim sadržajima kisika. Zatim je uspostavljeno "hladno" izgaranje na niske temperature.
Podsjetimo, produkti izgaranja na zemlji su u pravilu ugljikov dioksid i vodena para. U bestežinskom stanju, u uvjetima izgaranja na niskim temperaturama, oslobađaju se vrlo otrovne tvari, uglavnom ugljični monoksid i formaldehid.
Istraživači nastavljaju proučavati izgaranje u nultoj gravitaciji. Možda će rezultati ovih eksperimenata biti temelj za razvoj novih tehnologija, jer gotovo sve što se radi za svemir nakon nekog vremena nađe primjenu na zemlji.
Sada razumijemo da je redatelj George Lucas, koji je režirao Ratove zvijezda, ipak napravio veliku pogrešku u prikazu apokaliptične eksplozije svemirske postaje. Zapravo, stanica koja eksplodira pojavit će se kao kratki, svijetli bljesak. Nakon njega ostat će ogromna plavičasta lopta koja će se vrlo brzo ugasiti. A ako iznenada nešto stvarno zasvijetli na stanici, morate odmah automatski isključiti umjetnu cirkulaciju zraka. I tada se požar neće dogoditi.
Vosak- neprozirna, masna na dodir, čvrsta masa koja se zagrijavanjem topi. Sastoji se od estera masnih kiselina biljnog i životinjskog podrijetla.
Parafin- voštana smjesa zasićenih ugljikovodika.
Stearin- voštana mješavina stearinske i palmitinske kiseline s primjesom drugih zasićenih i nezasićenih masnih kiselina.
Prirodna konvekcija- proces prijenosa topline uzrokovan kruženjem zračnih masa kada se neravnomjerno zagrijavaju u gravitacijskom polju. Kada se donji slojevi zagriju, postaju lakši i dižu se, a gornji slojevi, naprotiv, hlade se, postaju teži i tonu, nakon čega se proces ponavlja iznova i iznova.
HOĆE LI GORJETI SVIJEĆA U BESTEŽINSKOM STANJU?Približavanje Nova godina, a astronauti na orbitalnoj stanici spremaju se za njegov susret. Traže od sljedećeg transportnog broda da im pošalje svijeće. Ali inženjeri na Zemlji vjeruju da nema potrebe slati svijeće, jer one neće gorjeti u nultoj gravitaciji.
Što mislite hoće li obična svijeća gorjeti u nultoj gravitaciji?
Odgovor
Da bi svijeća gorjela neophodan je stalan dotok kisika do njenog plamena. U zemaljskim uvjetima taj se influks događa zbog konvekcije. Vrući plinovi koji nastaju izgaranjem stearina lakši su od zraka i stoga se dižu prema gore, a na njihovo mjesto ulaze novi dijelovi zraka. Kao rezultat, osiguran je dotok kisika u plamen i uklanjanje plinova ugljičnog monoksida (CO) i ugljičnog dioksida (CO2) iz zone izgaranja. Jasno je da u uvjetima bestežinskog stanja neće biti konvekcije. Bit će samo slab dotok zraka zbog strujanja zraka unutar letjelice, kao i dotok zbog širenja produkata izgaranja i zbog difuzije. Nabrojani procesi su slabi i hoće li biti dovoljni da izgori svijeća moglo bi se utvrditi samo eksperimentalno.
Usput
Takvi pokusi izvedeni su na svemirskoj postaji Mir 1996. godine. Ispostavilo se da svijeća može gorjeti u nultoj gravitaciji. U jednom eksperimentu svijeća je gorjela 45 minuta. Međutim, u nultoj gravitaciji svijeća gori drugačije nego na Zemlji. Budući da nema konvekcijskih struja, plamen svijeće nema izdužen oblik, kao u zemaljskim uvjetima, već sferni oblik. U nedostatku konvekcije plamen se slabije hladi, pa mu je temperatura viša nego na Zemlji; Stearin u svijeći postaje jako vruć i oslobađa vodik koji gori plavim plamenom.Razmišljati
U eksperimentima sa svijećom u nultoj gravitaciji, ponekad se dogodio način izgaranja s periodičnim mikroeksplozijama, što je dovelo do oštrih fluktuacija u plamenu.
Zašto je došlo do mikroeksplozija?
Odgovor
Zbog nedostatka konvekcije plamen svijeće se slabije hladio, što znači da je njegova temperatura bila visoka. Stearin u svijeći se jako pregrijao i počeo isparavati. Koncentracija stearinskih para u zraku u blizini plamena povećavala se sve dok nije nastala eksplozivna smjesa. Nakon toga uslijedila je mala eksplozija, a produkte izgaranja odnio je udarni val, a na njihovo mjesto došao Svježi zrak. Ako eksplozija nije bila prejaka, tada je svijeća nastavila gorjeti, s njezine je površine isparila nova količina stearina i uslijedila je sljedeća eksplozija.
Razmišljati
Kako svijeća ili obična šibica mogu intenzivnije gorjeti u uvjetima bestežinskog stanja? Predložite različite načine.
Odgovor
Možete puhati u šibicu. Možete početi rotirati šibicu u krug, čime se osigurava kretanje šibice u odnosu na zrak. Možete baciti šibicu. U jednom od dokumentarnih filmova o bestežinskom stanju prikazan je sljedeći zaplet: bačena šibica glatko se kretala unutar svemirske letjelice i gorjela prilično intenzivno zbog dovoda novih dijelova zraka u njezin plamen.http://mgnwww.larc.nasa.gov/db/combustion/combustion.htmlhttp://science.msfc.nasa.gov/newhome/headlines/msad08jul97_1.htm
EKSPLOZIJA U PEKARI
U davna vremena pekar je koristio jedan siguran lijek za borbu protiv dosadnih muha. Uzevši šaku brašna, baci je u zrak i zapali. Rasplamsao se oblak brašna. Plamen, pljesak - i dosadni insekti su nestali. Ova metoda je uvijek pomogla, iako je ponekad staklo s prozora izletjelo iz pamuka. No, 14. prosinca 1785. u Torinu (Italija) dogodila se katastrofa. Odlučivši se na provjerenu metodu riješiti muha, nesretni pekar digao je u zrak cijelo svoje kućanstvo. On i njegovi pomoćnici poginuli su pod ruševinama pekare. Godine 1979. prašina od brašna eksplodirala je u jednom od mlinova u Bremenu. Kao rezultat, 14 mrtvih, 17 ozlijeđenih, šteta - 100 milijuna maraka.
Može li prašina od brašna doista izazvati strašne eksplozije? Uostalom, to nije dinamit raspršen u zraku, već samo čestice brašna?Volkov A. Avanture prašine.
Odgovor
Brašno sadrži tvari organskog podrijetla, što znači da može zagorjeti. Naravno, u normalnim uvjetima nije lako zapaliti brašno. Ali ako se brašno rasprši po zraku, tada svaka čestica prašine dolazi u kontakt s kisikom. Osim toga, ukupna površina čestica prašine je mnogo puta veća više površine površina jednog komada tvari iste mase. To znači da kada se raspršuje tvar, njena površina se povećava ogroman broj puta. Izgaranje se događa na površini, budući da je površina tvari koja dolazi u dodir s atmosferskim kisikom. U tom slučaju i najmanje čestice prašine izgaraju tako brzo da dolazi do eksplozije.
Referenca
Eksplozija je izgaranje, i to nevjerojatno brzo - beznačajan djelić sekunde. U tom slučaju eksploziv se pretvara u plin. Dobiveni plin ima visoku temperaturu i ogroman tlak - desetke milijardi paskala. Naglo širenje plina uzrokuje zaglušujuću riku i teška razaranja.Ponekad eksplodiraju naizgled potpuno bezopasne tvari. Tu spada svaka prašina organskog porijekla: brašno, šećer, ugljen, kruh, papir, papar, grašak pa čak i čokolada.Eksplodiraju samo one vrste prašine koje sadrže tvari koje reagiraju s kisikom. Eksplozija se događa tek kada količina prašine u zraku dosegne određenu razinu, a može je izazvati čak i mikroskopska iskra.Usput
Brzo sagorijevanje tvari u atomiziranom stanju naširoko se koristi u tehnologiji. Na primjer, ugljen se isporučuje u ložišta kotlovnica termoelektrana u obliku fine prašine. A tiho tutnjanje automobila odjek je eksplozije mješavine benzinskih para i zraka u njegovom motoru.Shablovski V. Zabavna fizika. St. Petersburg: Trigon, 1997. S. 101.
Usput
Prvi vrlo jak eksploziv sintetizirao je Ascanio Sobrero 1846. godine u Torinu (Italija). Bio je to nitroglicerin - uljasta, prozirna tekućina slatkastog okusa. U to su vrijeme kemičari kušali sve tvari. Čak mi je i od nekoliko kapi nitroglicerina lupalo srce i boljela glava. Četrdeset godina kasnije nitroglicerin je priznat kao lijek.Razmišljati
Energija sadržana u eksplozivu nije tako velika. Na primjer, izgaranje 1 kg TNT-a oslobađa 8 puta manje energije nego izgaranje 1 kg ugljena. Ali zašto je onda TNT tako destruktivan?
Odgovor
Kada TNT eksplodira, energija se oslobađa desetke milijuna puta brže nego tijekom normalnog izgaranja ugljena.Shablovski V. Zabavna fizika. St. Petersburg: Trigon, 1997. Str. 100.
Razmišljati
Sklonost nitroglicerina da eksplodira doista je nevjerojatna. Kažu da je jednom u Engleskoj jedan seljak zimi popio bocu nitroglicerina u nadi da će se ugrijati. Pronađen je mrtav na cesti. Smrznuto tijelo uneseno je u kuću i stavljeno da se otapa kraj peći. Uslijed toga, tijelo seljaka je eksplodiralo, a kuća je uništena.
Pitanje: Može li se ovoj priči vjerovati?Krasnogorov V. Oponašanje munje. M.: Znanie, 1977. Str. 72.Požar u nultoj gravitaciji 12. rujna 2015
Lijevo je svijeća koja gori na Zemlji, a desno je u bestežinskom stanju.
Evo detalja...
Eksperiment proveden na Međunarodnoj svemirskoj postaji dao je neočekivane rezultate - otvoreni plamen ponašao se potpuno drugačije nego što su znanstvenici očekivali.
Kako neki znanstvenici vole reći, vatra je najstarija i najuspješnija kemijski eksperimentčovječanstvo. Doista, vatra je uvijek bila s čovječanstvom: od prvih vatri na kojima se pržilo meso, do plamena raketnog motora koji je čovjeka doveo na Mjesec. Uglavnom, vatra je simbol i instrument napretka naše civilizacije.
Dr. Forman A. Williams, profesor fizike na Kalifornijskom sveučilištu u San Diegu, dugo je radio na proučavanju plamena. Obično je požar složen proces od tisuća međusobno povezanih kemijske reakcije. Na primjer, u plamenu svijeće, molekule ugljikovodika isparavaju iz fitilja, razgrađuju se toplinom i spajaju se s kisikom da bi proizvele svjetlost, toplinu, CO2 i vodu. Neki od fragmenata ugljikovodika, u obliku prstenastih molekula koje se nazivaju policiklički aromatski ugljikovodici, tvore čađu, koja također može izgorjeti ili se pretvoriti u dim. Poznati oblik suze plamenu svijeće daje gravitacija i konvekcija: vrući zrak se diže i uvlači svježi hladni zrak u plamen, uzrokujući da se plamen rasteže prema gore.
Ali ispada da se u nultoj gravitaciji sve događa drugačije. U eksperimentu nazvanom FLEX, znanstvenici su proučavali vatru na ISS-u kako bi razvili tehnologiju za gašenje požara u uvjetima nulte gravitacije. Istraživači su zapalili male mjehuriće heptana unutar posebne komore i promatrali kako se plamen ponaša.
Znanstvenici su se susreli s čudnim fenomenom. U uvjetima mikrogravitacije plamen gori drugačije, formira male kuglice. Ovaj fenomen je očekivan jer se, za razliku od plamena na Zemlji, u bestežinskom stanju kisik i gorivo pojavljuju u tankom sloju na površini kugle. jednostavan sklop, koja se razlikuje od zemaljske vatre. Međutim, otkrivena je čudna stvar: znanstvenici su primijetili nastavak gorenja vatrenih kugli čak i nakon što je, prema svim proračunima, gorenje trebalo prestati. Pritom je vatra ušla u takozvanu hladnu fazu – gorjelo je vrlo slabo, toliko da se plamen nije vidio. Međutim, radilo se o izgaranju, a plamen bi odmah mogao planuti velikom snagom nakon kontakta s gorivom i kisikom.
Obično vidljiva vatra svijetli kada visoka temperatura između 1227 i 1727 stupnjeva Celzijusa. Heptanski mjehurići na ISS-u također su žarko gorjeli na ovoj temperaturi, ali kako je gorivo nestajalo i hladilo se, počelo je potpuno drugačije izgaranje – hladno. Odvija se na relativno niskoj temperaturi od 227-527 stupnjeva Celzijusa i ne proizvodi čađu, CO2 i vodu, već otrovnije ugljikov monoksid i formaldehid.
Slične vrste hladnog plamena reproducirane su u laboratorijima na Zemlji, ali pod gravitacijskim uvjetima sama takva vatra je nestabilna i uvijek se brzo gasi. Na ISS-u, međutim, hladan plamen može postojano gorjeti nekoliko minuta. Ovo nije baš ugodno otkriće, jer hladna vatra predstavlja povećanu opasnost: lakše se pali, uključujući i spontano, teže ju je otkriti i, štoviše, oslobađa više otrovnih tvari. S druge strane, otvor može pronaći praktičnu upotrebu, na primjer, u HCCI tehnologiji, koja uključuje paljenje goriva u benzinskim motorima ne iz svjećica, već iz hladnog plamena.
Zašto uopće dolazi do izgaranja? Kada se organske tvari zagriju iznad određene granične vrijednosti - temperature paljenja - počinje njihova aktivna reakcija s atmosferskim kisikom.
Glavni sastav atoma u organskim tvarima je ugljik (C) i vodik (H). Ugljik se spaja s kisikom u ugljični dioksid (CO2), a vodik stvara vodu (H20). Reakcija pak oslobađa toplinu, što osigurava njezin nastavak. Dakle, za izgaranje u načelu potrebna su dva uvjeta:
1) tako da je temperatura paljenja niža od temperature izgaranja
2) osigurati dovoljan protok kisika za nastavak reakcije.
Zašto je plamen svijeće usmjeren prema gore? Tijekom izgaranja zrak zagrijan plamenom juri prema gore (sjećate se fizike? Topli zrak je lakši, pa se diže. Točnije, istiskuje ga hladniji, a samim time i teži.) Hladni zrak, koji sadrži više kisika, struji u oslobođeno mjesto toplim zrakom. Očito, ako pokrijete svijeću, na primjer, staklenom posudom, svijeća će se ugasiti dovoljno brzo - čim sav kisik reagira. Usput, još jedno zanimljivo pitanje. Zašto, iako je ugljikov dioksid nevidljiv, a vodena para vidljiva samo kad je ima puno, jasno vidimo plamen svijeće? Vidimo zagrijane čestice neizgorene tvari. Upravo one koje tvore čađu (čađu). Vidimo ga ako, na primjer, žlicu držimo iznad plamena.
Sada se konačno vraćamo našim ovcama. Odnosno na pitanje hoće li svijeća gorjeti u nultoj gravitaciji. Očito je pitanje nastalo na temelju obrazloženja da budući da nema gravitacije topli zrak neće biti istisnut hladnim zrakom, a problemi će početi s dotokom kisika. Međutim, ovdje toplinsko gibanje dolazi u pomoć. Zagrijane molekule ugljičnog dioksida i vodene pare kreću se nekoliko puta brže od molekula kisika, što u principu može omogućiti gorenje svijeće. Dakle, da rezimiramo, zaključujemo. U principu, svijeća može gorjeti, iako je slaba.
Inače, Albert Einstein svojedobno je postavio ovo pitanje, a i sam je odgovorio niječno. Nema protoka zraka, nema izgaranja. Ali iskustvo je pokazalo suprotno.
http://evolutsia.com/content/view/3057/40/
U svemiru je izveden neobičan eksperiment. Japanski astronaut Takao Doi,
koji se nalazi na brodu američkog modula ISS-a, lansirao obični bumerang.
Stručnjaci su htjeli vidjeti kako bi se ovaj objekt ponašao da je bačen u nultu gravitaciju.
Na iznenađenje mnogih, uključujući svjetskog prvaka u bacanju bumeranga Yasuhira Togaija, bumerang se vratio!
Još jedan eksperiment u nultoj gravitaciji
Albert Einstein, davno prije svemirskih letova, razmišljao je o zanimljivom pitanju: hoće li svijeća gorjeti u kabini svemirskog broda? Einstein je vjerovao da "ne", jer zbog bestežinskog stanja vrući plinovi neće pobjeći iz zone plamena. Tako će pristup kisika fitilju biti blokiran, a plamen će se ugasiti.
Suvremeni eksperimentatori odlučili su eksperimentalno provjeriti Einsteinovu izjavu. U jednom od laboratorija proveden je sljedeći pokus. Zapaljena svijeća postavljena u zatvorenu staklenka, pao s visine od oko 70 m. Predmet u padu bio je u bestežinskom stanju, ako se ne uzme u obzir otpor zraka. Međutim, svijeća se nije ugasila, samo se promijenio oblik plamena, postao je sferičniji, a svjetlost koju je emitirala postala je manje jaka.
Eksperimentatori su kontinuirano izgaranje u bestežinskom stanju objasnili difuzijom, zbog koje je kisik iz okolnog prostora ipak ulazio u zonu plamena. Uostalom, proces difuzije ne ovisi o djelovanju gravitacijskih sila.
Međutim, uvjeti izgaranja u nultoj gravitaciji drugačiji su nego na Zemlji. Ovu su okolnost morali uzeti u obzir sovjetski dizajneri koji su stvorili poseban Stroj za zavarivanje za zavarivanje u uvjetima nulte gravitacije.
Ovaj uređaj testiran je 1969. godine na sovjetskoj letjelici Sojuz-8 i uspješno je radio.
Dali si znao?
Prvi gumbi
Kako su ljudi u davna vremena pričvršćivali odjeću?
Da bi to učinili, koristili su manšete, a češće čipke i vrpce.
Tada su se pojavili gumbi, a često ih se mnogo više prišivalo nego što su se pravile petlje. Činjenica je da su gumbi u početku bili namijenjeni samo bogatim ljudima, ne samo za pričvršćivanje, već češće za ukrašavanje odjeće. Gumbi su napravljeni od drago kamenje i skupi metali.
Što je osoba bila plemenitija i bogatija, to je na njezinoj odjeći bilo više gumba. Mnogi su se ljudi u to vrijeme protivili novim zatvaračima, smatrajući ih nedostižnim luksuzom. Često je to zapravo bio slučaj. Na primjer, francuski kralj, Franjo Prvi, naredio je da se njegov kamisol od crnog baršuna ukrasi s 13.600 zlatnih gumba.