Огънят при нулева гравитация гори по съвсем различен начин, отколкото на земята - учените се натъкнаха на странен феномен. Как гори огънят при нулева гравитация? Гори ли свещ при нулева гравитация?

Експериментът FLEX, проведен на борда на Международната космическа станция, даде неочаквани резултати - откритият пламък се държеше напълно различно от очакваното от учените.

Както някои учени обичат да казват, огънят е най-старият и най-успешният химичен експериментчовечеството. Наистина огънят винаги е бил с човечеството: от първите огньове, на които се е пържило месо, до пламъка на ракетния двигател, довел човека до Луната. от общо взето, огънят е символ и инструмент на прогреса на нашата цивилизация.

Разликата в пламъка на Земята (вляво) и в нулева гравитация (вдясно) е очевидна. По един или друг начин човечеството отново ще трябва да овладее огъня – този път в космоса.

Д-р Форман А. Уилямс, професор по физика в Калифорнийския университет в Сан Диего, отдавна работи върху изследването на пламъка. Обикновено огънят е много сложен процесхиляди взаимосвързани химични реакции. Например в пламъка на свещ въглеводородните молекули се изпаряват от фитила, разграждат се от топлина и се комбинират с кислород, за да произведат светлина, топлина, CO2 и вода. Някои от въглеводородните фрагменти, под формата на пръстеновидни молекули, наречени полициклични ароматни въглеводороди, образуват сажди, които също могат да изгорят или да се превърнат в дим. Познатата форма на сълза на пламъка на свещ се дава от гравитацията и конвекцията: горещ въздухсе издига и привлича свеж в пламъка студен въздух, поради което пламъкът се простира нагоре.

Но се оказва, че при нулева гравитация всичко се случва по различен начин. В експеримент, наречен FLEX, учените изследваха пожара на борда на МКС, за да разработят технологии за гасене на пожари при нулева гравитация. Изследователите запалиха малки мехурчета хептан в специална камера и наблюдаваха как се държи пламъкът.

Учените са се сблъскали странен феномен. В условията на микрогравитация пламъкът гори по различен начин, той образува малки топки. Това явление беше очаквано, тъй като, за разлика от пламъците на Земята, в безтегловност се намират кислород и гориво тънък слойна повърхността на сферата, Това проста схема, който е различен от земния огън. Откриха обаче нещо странно: учените наблюдаваха продължаващото горене на огнени топки дори след като, според всички изчисления, горенето трябваше да спре. В същото време огънят премина в т.нар студена фаза– гореше много слабо, толкова, че пламъкът не се виждаше. Това обаче беше пожар и пламъкът можеше моментално да избухне голяма силав контакт с гориво и кислород.

Обикновено видим огън гори, когато висока температурамежду 1227 и 1727 градуса по Целзий. Хептановите мехурчета на МКС също горяха ярко при тази температура, но когато горивото свърши и изстина, започна съвсем друго горене - студено. Протича при сравнително ниска температура от 227-527 градуса по Целзий и произвежда не сажди, CO2 и вода, а по-токсичните въглероден окис и формалдехид.

Подобни видове студен пламък са възпроизведени в лаборатории на Земята, но при гравитационни условия самият такъв огън е нестабилен и винаги бързо изгасва. На МКС обаче студен пламък може да гори стабилно в продължение на няколко минути. Това не е много приятно откритие, тъй като студеният огън представлява повишена опасност: той се запалва по-лесно, включително спонтанно, по-трудно се открива и освен това отделя повече токсични вещества. От друга страна, отварянето може да намери практическа употреба, например в технологията HCCI, която включва запалване на гориво в бензинови двигатели не от запалителни свещи, а от студен пламък.

Пожар при нулева гравитация 12 септември 2015 г

Отляво е свещ, горяща на Земята, а отдясно е в безтегловност.

Ето подробностите...

Експеримент, проведен на борда на International космическа станция, даде неочаквани резултати - откритият пламък се държеше напълно различно от очакваното от учените.

Както някои учени обичат да казват, огънят е най-старият и успешен химически експеримент на човечеството. Наистина огънят винаги е бил с човечеството: от първите огньове, на които се е пържило месо, до пламъка на ракетния двигател, довел човека до Луната. Като цяло огънят е символ и инструмент на прогреса на нашата цивилизация.

Д-р Форман А. Уилямс, професор по физика в Калифорнийския университет в Сан Диего, отдавна работи върху изследването на пламъка. Обикновено пожарът е сложен процес от хиляди взаимосвързани химични реакции. Например в пламъка на свещ въглеводородните молекули се изпаряват от фитила, разграждат се от топлина и се комбинират с кислород, за да произведат светлина, топлина, CO2 и вода. Някои от въглеводородните фрагменти, под формата на пръстеновидни молекули, наречени полициклични ароматни въглеводороди, образуват сажди, които също могат да изгорят или да се превърнат в дим. Познатата форма на сълза на пламъка на свещта се дава от гравитацията и конвекцията: горещият въздух се издига и привлича свеж студен въздух в пламъка, карайки пламъка да се разтяга нагоре.

Учени се натъкнаха на странен феномен. В условията на микрогравитация пламъкът гори по различен начин, той образува малки топки. Това явление беше очаквано, защото за разлика от огъня на Земята, в безтегловност кислородът и горивото се срещат в тънък слой на повърхността на сферата. Това е прост модел, който се различава от огъня на Земята. Откриха обаче нещо странно: учените наблюдаваха продължаващото горене на огнени топки дори след като, според всички изчисления, горенето трябваше да спре. В същото време огънят навлезе в т. нар. студена фаза - гореше много слабо, толкова, че пламъкът не се виждаше. Това обаче беше горене и пламъкът можеше моментално да избухне в пламъци с голяма сила при контакт с гориво и кислород.

Обикновено видимият огън гори при висока температура между 1227 и 1727 градуса по Целзий. Хептановите мехурчета на МКС също горяха ярко при тази температура, но когато горивото свърши и изстина, започна съвсем друго горене - студено. Протича при сравнително ниска температура от 227-527 градуса по Целзий и произвежда не сажди, CO2 и вода, а по-токсичните въглероден окис и формалдехид.

Подобни видове студен пламък са възпроизведени в лаборатории на Земята, но при гравитационни условия самият такъв огън е нестабилен и винаги бързо изгасва. На МКС обаче студен пламък може да гори стабилно в продължение на няколко минути. Това не е много приятно откритие, тъй като студеният огън представлява повишена опасност: той се запалва по-лесно, включително спонтанно, по-трудно се открива и освен това отделя повече токсични вещества. От друга страна, откритието може да намери практическо приложение, например, в технологията HCCI, която включва запалване на гориво в бензиновите двигатели не от свещи, а от студен пламък.

Много физически процеси протичат по различен начин от този на Земята и горенето не е изключение. Пламъкът се държи напълно различно при нулева гравитация, като придобива сферична форма. Снимката показва изгарянето на капка етилен във въздуха в условия на микрогравитация. Тази снимка е направена по време на експеримент за изучаване на физиката на горенето в специална 30-метрова кула (2.2-Second Drop Tower) в Glenn Research Center, създадена да възпроизвежда условията на микрогравитация по време на свободно падане. Много експерименти, които по-късно бяха проведени на космически кораби, преминаха предварителни тестове в тази кула, поради което я наричат „врата към космоса“.

Сферичната форма на пламъка се обяснява с факта, че в условията на безтегловност няма възходящо движение на въздуха и не се получава конвекция на неговите топли и студени слоеве, което на Земята „дърпа“ пламъка във формата на капка. Няма достатъчно приток на пламък за изгаряне свеж въздух, съдържащ кислород, и се оказва по-малък и не толкова горещ. Жълто-оранжевият цвят на пламъка, който е познат на нас на Земята, се дължи на сиянието на частици сажди, които се издигат нагоре с горещ въздушен поток. При нулева гравитация пламъкът придобива син цвят, тъй като се образуват малко сажди (това изисква температура над 1000 ° C), а съществуващите сажди ще светят само в инфрачервения диапазон поради по-ниската температура. На горната снимка все още има жълто-оранжев цвят в пламъка, тъй като е заснет ранният етап на възпламеняване, когато все още има достатъчно кислород.

Изследванията на горенето при условия на микрогравитация са особено важни за осигуряване на безопасността на космическите кораби. Експериментите за потушаване на пожар (FLEX) се провеждат от няколко години в специално отделение на борда на МКС. Изследователите запалват малки капчици гориво (като хептан и метанол) в контролирана атмосфера. Малка топка гориво гори приблизително 20 секунди, заобиколена от огнена сфера с диаметър 2,5–4 mm, след което капката намалява, докато или пламъкът изгасне, или горивото свърши. Най-неочакваният резултат беше, че капка хептан, след видимо изгаряне, навлезе в така наречената „студена фаза“ - пламъкът стана толкова слаб, че не можеше да се види. И все пак това беше горене: огънят можеше незабавно да пламне при взаимодействие с кислород или гориво.

Както обясняват изследователите, кога нормално горенетемпературата на пламъка варира между 1227°C и 1727°C - при тази температура в експеримента имаше видим огън. Докато горивото изгаря, започва "студено изгаряне": пламъкът се охлажда до 227–527 °C и произвежда не сажди, въглероден диоксид и вода, а по-токсични материали - формалдехид и въглероден оксид. По време на експеримента FLEX най-малко запалимата атмосфера също беше избрана въз основа на въглероден двуокиси хелий, което ще помогне за намаляване на риска от пожари на космически кораби в бъдеще.

За горене и пламък на Земята и при нулева гравитация вижте също:
Константин Богданов "Къде е заровено кучето?" – „5. Какво е огън? .

Джанаш Банников

Много от тези, които гледаха култовия американски филм " Междузвездни войни“, още помнят впечатляващите кадри с експлозии, огнени езици, летящи във всички посоки горящи отломки... Може ли такава ужасна сцена да се повтори в реалния космос? В пространство, напълно лишено от въздух? За да отговорим на този въпрос, нека първо се опитаме да разберем как ще гори обикновена свещ на космическа станция.

Какво е горене? Това химическа реакцияокисляване с освобождаване голямо количествотоплина и образуването на горещи продукти от горенето. Процесът на горене може да възникне само в присъствието на запалимо вещество, кислород, и при условие, че продуктите на окисляване се отстраняват от зоната на горене.

Да видим как работи свещта и какво точно гори в нея. Свещта е фитил, усукан от памучни конци, напълнен с восък, парафин или стеарин. Много хора смятат, че самият фитил гори, но това не е така. Гори веществото около фитила или по-скоро неговите пари. Фитилът е необходим, така че восъкът (парафин, стеарин), разтопен от топлината на пламъка, да се издигне през капилярите си в зоната на горене.

За да проверите това, можете да проведете малък експеримент. Изгасете свещта и незабавно донесете горящата кибритена клечка до точка на два или три сантиметра над фитила, където се издигат восъчните пари. Те ще пламнат от кибрита, след което огънят ще падне върху фитила и свещта ще светне отново (за повече подробности вижте).

И така, има запалимо вещество. Освен това във въздуха има достатъчно кислород. Какво ще кажете за отстраняването на продуктите от горенето? Няма проблеми с това на земята. Въздухът, загрят от топлината на пламъка на свещта, става по-малко плътен от студения въздух около него и се издига нагоре заедно с продуктите от горенето (те образуват език на пламъка). Ако продуктите на горенето, които са въглероден диоксид CO 2 и водна пара, останат в реакционната зона, горенето бързо ще спре. Лесно е да проверите това: поставете горяща свещ във висока чаша - тя ще изгасне.

Сега нека помислим какво ще се случи със свещ на космическа станция, където всички обекти са в състояние на безтегловност. Разликата в плътността на горещ и студен въздух вече няма да причини естествена конвекция, и през за кратко временяма да остане кислород в зоната на горене. Но се образува излишък от въглероден оксид (въглероден оксид) CO. Въпреки това, още няколко минути свещта ще гори и пламъкът ще приеме формата на топка, обграждаща фитила.

Също толкова интересно е да се знае какъв цвят ще бъде пламъкът на свещта на космическата станция. На земята е доминиран от жълт оттенък, причинен от блясъка на горещи частици сажди. Обикновено огънят гори при температура 1227-1721 o C. В безтегловност беше забелязано, че при изчерпване на горивното вещество започва „студено“ изгаряне при температура 227-527 o C. При тези условия смес от наситените въглеводороди във восъка отделят водород H2, който придава на пламъка синкав оттенък.

Някой палил ли е истински свещи в космоса? Оказва се, че са го запалили – в орбита. Това е направено за първи път през 1992 г. в експерименталния модул на космическата совалка, след това в космически корабНАСА Колумбия, през 1996 г. експериментът е повторен на станция Мир. Разбира се, тази работа не беше извършена от просто любопитство, а за да се разбере до какви последствия може да доведе пожар на борда на станцията и как да се справим с него.

От октомври 2008 г. до май 2012 г. подобни експерименти бяха проведени по проект на НАСА на Международната космическа станция. Този път астронавтите изследваха запалими вещества в изолирана камера на различни наляганияи различно съдържание на кислород. След това се установи „студено“ горене при ниски температури.

Нека припомним, че продуктите на горенето на земята са като правило въглероден диоксид и водна пара. В безтегловност, при условия на горене при ниски температури, се отделят предимно силно токсични вещества въглероден окиси формалдехид.

Изследователите продължават да изучават горенето при нулева гравитация. Може би резултатите от тези експерименти ще формират основата за разработването на нови технологии, защото почти всичко, което се прави за космоса, след известно време намира приложение на земята.

Сега разбираме, че режисьорът Джордж Лукас, който режисира „Междузвездни войни“, все пак е направил голяма грешка при изобразяването на апокалиптичната експлозия на космическа станция. Всъщност експлодиращата станция ще изглежда като кратка, ярка светкавица. След него ще остане огромна синкава топка, която ще угасне много бързо. И ако изведнъж нещо наистина светне на станцията, трябва незабавно автоматично да изключите изкуствената циркулация на въздуха. И тогава пожарът няма да се случи.

Восък- непрозрачна, мазна на пипане, твърда маса, която се топи при нагряване. Състои се от естери на мастни киселини от растителен и животински произход.

Парафин- восъчна смес от наситени въглеводороди.

Стеарин- восъчна смес от стеаринова и палмитинова киселини с примес на други наситени и ненаситени мастни киселини.

Естествена конвекция- процесът на пренос на топлина, причинен от циркулацията на въздушните маси, когато те се нагряват неравномерно в гравитационно поле. Когато долните слоеве се нагреят, те стават по-леки и се издигат, а горните слоеве, напротив, се охлаждат, стават по-тежки и потъват надолу, след което процесът се повтаря отново и отново.

Защо изобщо се получава горене? При нагряване органична материянад определена прагова стойност - температурата на запалване - започва активната им реакция с атмосферния кислород.

Основният състав на атомите в органичните вещества е въглерод (C) и водород (H). Въглеродът се свързва с кислорода, за да образува въглероден диоксид (CO2), а водородът образува вода (H20). Реакцията от своя страна отделя топлина, което осигурява нейното продължение. Следователно, за да възникне горене по принцип са необходими две условия:
1), така че температурата на запалване да е по-ниска от температурата на горене
2) осигурете достатъчен поток от кислород за продължаване на реакцията.

Защо пламъкът на свещта сочи нагоре? По време на горенето въздухът, загрят от пламъка, се втурва нагоре (помните ли физиката? Топлият въздух е по-лек, така че се издига. По-точно, той се измества от по-студен и следователно по-тежък.) Студеният въздух, съдържащ повече кислород, се влива в освободеното място чрез топъл въздух. Очевидно, ако покриете свещ, например, стъклен буркан, тогава свещта ще изгасне достатъчно бързо - веднага щом целият кислород реагира. Между другото, още един интерес Питай. Защо, въпреки че въглеродният диоксид е невидим, а водната пара се вижда само когато има много, можем ясно да видим пламъка на свещ? Виждаме нагрети частици от неизгоряла материя. Именно тези, които образуват сажди (сажди). Можем да го видим, ако държим например лъжица над пламъка.

Сега най-накрая се връщаме при нашите овце. Тоест на въпроса дали една свещ ще гори при нулева гравитация. Очевидно въпросът възникна въз основа на разсъждението, че тъй като няма земно притегляне, тогава топлият въздух няма да бъде заменен със студен въздух и проблемите ще започнат с притока на кислород. Тук обаче на помощ идва топлинното движение. Нагретите молекули на въглероден диоксид и водна пара се движат няколко пъти по-бързо от молекулите на кислорода, което по принцип може да позволи на една свещ да гори. И така, за да обобщим, завършваме. По принцип една свещ може да гори, макар и слаба.

Между другото, Алберт Айнщайн веднъж зададе този въпрос и самият той отговори отрицателно. Няма въздушен поток, няма горене. Но опитът е доказал друго.

http://evolutsia.com/content/view/3057/40/