शून्य गुरुत्वाकर्षण में आग कैसे जलती है? क्या अंतरिक्ष यान में मोमबत्ती जल रही है?

शून्य गुरुत्वाकर्षण में आग कैसे जलती है? दहन क्या है? यह एक रासायनिक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया है जो जारी हो रही है बड़ी मात्रागर्मी और गर्म दहन उत्पादों का निर्माण। दहन प्रक्रिया केवल एक दहनशील पदार्थ, ऑक्सीजन की उपस्थिति में हो सकती है, और बशर्ते कि ऑक्सीकरण उत्पादों को दहन क्षेत्र से हटा दिया जाए। आइए देखें कि मोमबत्ती कैसे काम करती है और वास्तव में इसमें क्या जलता है। मोमबत्ती सूती धागों से बनी एक बत्ती होती है, जो मोम, पैराफिन या स्टीयरिन से भरी होती है। बहुत से लोग सोचते हैं कि बाती स्वयं जलती है, लेकिन ऐसा नहीं है। बाती के चारों ओर का पदार्थ, या यों कहें कि उसका वाष्प, जलता है। बाती की आवश्यकता होती है ताकि लौ की गर्मी से पिघला हुआ मोम (पैराफिन, स्टीयरिन) अपनी केशिकाओं के माध्यम से दहन क्षेत्र में ऊपर उठे। इसे परखने के लिए आप एक छोटा सा प्रयोग कर सकते हैं. मोमबत्ती को फूंक मारें और तुरंत जलती हुई माचिस को बाती से दो या तीन सेंटीमीटर ऊपर एक बिंदु पर ले आएं, जहां मोम का वाष्प ऊपर उठता है। माचिस उन्हें जला देगी, जिसके बाद आग बाती पर गिरेगी और मोमबत्ती फिर से जल उठेगी। तो, एक ज्वलनशील पदार्थ है. हवा में ऑक्सीजन भी काफी मात्रा में है. दहन उत्पादों को हटाने के बारे में क्या? पृथ्वी पर इससे कोई समस्या नहीं है। मोमबत्ती की लौ की गर्मी से गर्म होने वाली हवा, उसके आसपास की ठंडी हवा की तुलना में कम घनी हो जाती है और दहन उत्पादों के साथ ऊपर की ओर उठती है (वे लौ की जीभ बनाती हैं)। यदि दहन उत्पाद, जो कार्बन डाइऑक्साइड CO2 और जल वाष्प हैं, प्रतिक्रिया क्षेत्र में रहते हैं, तो दहन जल्दी बंद हो जाएगा। इसे सत्यापित करना आसान है: एक जलती हुई मोमबत्ती को एक लंबे गिलास में रखें - यह बुझ जाएगी। अब आइए सोचें कि जलती हुई मोमबत्ती का क्या होगा अंतरिक्ष स्टेशन, जहां सभी वस्तुएं भारहीनता की स्थिति में हैं। गर्म और ठंडी हवा के घनत्व में अब अंतर नहीं आएगा प्राकृतिक संवहन, और के माध्यम से थोड़े समय के लिएदहन क्षेत्र में कोई ऑक्सीजन नहीं बचेगी। लेकिन कार्बन मोनोऑक्साइड (कार्बन मोनोऑक्साइड) CO की अधिकता से बनता है। हालाँकि, कुछ और मिनटों तक मोमबत्ती जलती रहेगी, और लौ बाती के चारों ओर एक गेंद का आकार ले लेगी। यह जानना भी उतना ही दिलचस्प है कि अंतरिक्ष स्टेशन पर मोमबत्ती की लौ किस रंग की होगी। जमीन पर, पीले रंग का रंग हावी है, जो गर्म कालिख कणों की चमक के कारण होता है। आमतौर पर आग 1227-1721oC के तापमान पर जलती है। भारहीनता में, यह देखा गया कि जैसे ही दहनशील पदार्थ समाप्त हो जाता है, 227-527 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर "ठंडा" दहन शुरू हो जाता है। इन परिस्थितियों में, मोम में संतृप्त हाइड्रोकार्बन का मिश्रण हाइड्रोजन H2 छोड़ता है, जो लौ को नीला रंग देता है। क्या किसी ने अंतरिक्ष में असली मोमबत्तियाँ जलाई हैं? यह पता चला कि उन्होंने इसे कक्षा में जलाया था। यह पहली बार 1992 में स्पेस शटल के प्रायोगिक मॉड्यूल में किया गया था, फिर अंदर अंतरिक्ष याननासा कोलंबिया, 1996 में मीर स्टेशन पर प्रयोग दोहराया गया। बेशक, यह काम साधारण जिज्ञासा से नहीं किया गया था, बल्कि यह समझने के लिए किया गया था कि स्टेशन पर आग लगने से क्या परिणाम हो सकते हैं और इससे कैसे निपटा जाए। अक्टूबर 2008 से मई 2012 तक नासा के एक प्रोजेक्ट के तहत अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर इसी तरह के प्रयोग किये गये थे। इस बार अंतरिक्ष यात्रियों ने एक पृथक कक्ष में ज्वलनशील पदार्थों की जांच की अलग-अलग दबावऔर विभिन्न ऑक्सीजन सामग्री। तब "ठंडा" दहन स्थापित किया गया था कम तामपान. आइए याद रखें कि पृथ्वी पर दहन उत्पाद, एक नियम के रूप में, कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प हैं। भारहीनता में, कम तापमान पर दहन की स्थिति में, मुख्य रूप से अत्यधिक जहरीले पदार्थ निकलते हैं कार्बन मोनोआक्साइडऔर फॉर्मेल्डिहाइड। शोधकर्ता शून्य गुरुत्वाकर्षण में दहन का अध्ययन करना जारी रखते हैं। शायद इन प्रयोगों के नतीजे नई प्रौद्योगिकियों के विकास का आधार बनेंगे, क्योंकि अंतरिक्ष के लिए जो कुछ भी किया जाता है, वह कुछ समय के बाद पृथ्वी पर लागू हो जाता है।

12 सितम्बर 2015 को शून्य गुरुत्वाकर्षण में आग

बाईं ओर पृथ्वी पर जलती हुई एक मोमबत्ती है, और दाईं ओर भारहीनता है।

यहाँ विवरण हैं...

अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर किए गए एक प्रयोग से अप्रत्याशित परिणाम मिले - एक खुली लौ ने वैज्ञानिकों की अपेक्षा से बिल्कुल अलग व्यवहार किया।

जैसा कि कुछ वैज्ञानिक कहना चाहते हैं, आग सबसे पुरानी और सबसे सफल है रासायनिक प्रयोगइंसानियत। दरअसल, आग हमेशा मानवता के साथ रही है: पहली आग से जिस पर मांस तला जाता था, रॉकेट इंजन की लौ तक जो मनुष्य को चंद्रमा तक ले गई। द्वारा सब मिलाकरअग्नि हमारी सभ्यता की प्रगति का प्रतीक एवं साधन है।

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो में भौतिकी के प्रोफेसर डॉ. फॉर्मन ए. विलियम्स ने लंबे समय तक लौ के अध्ययन पर काम किया है। आमतौर पर आग है एक बहुत ही जटिल प्रक्रियाहजारों आपस में जुड़े हुए हैं रासायनिक प्रतिक्रिएं. उदाहरण के लिए, मोमबत्ती की लौ में, हाइड्रोकार्बन अणु बाती से वाष्पित हो जाते हैं, गर्मी से टूट जाते हैं, और ऑक्सीजन के साथ मिलकर प्रकाश, गर्मी, CO2 और पानी का उत्पादन करते हैं। हाइड्रोकार्बन के कुछ टुकड़े, अंगूठी के आकार के अणुओं के रूप में जिन्हें पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन कहा जाता है, कालिख बनाते हैं, जो जल भी सकते हैं या धुएं में बदल सकते हैं। मोमबत्ती की लौ का परिचित अश्रु आकार गुरुत्वाकर्षण और संवहन द्वारा दिया जाता है: गरम हवाऊपर उठता है और ताज़ा को लौ में खींचता है ठंडी हवा, जिससे लौ ऊपर की ओर खिंचती है।

लेकिन यह पता चला है कि शून्य गुरुत्वाकर्षण में सब कुछ अलग तरह से होता है। फ्लेक्स नामक एक प्रयोग में, वैज्ञानिकों ने शून्य गुरुत्वाकर्षण में आग बुझाने की तकनीक विकसित करने के लिए आईएसएस पर आग का अध्ययन किया। शोधकर्ताओं ने एक विशेष कक्ष के अंदर हेप्टेन के छोटे बुलबुले प्रज्वलित किए और देखा कि लौ कैसे व्यवहार करती है।

वैज्ञानिकों ने सामना किया है अजीब घटना. सूक्ष्मगुरुत्वाकर्षण स्थितियों में, लौ अलग तरह से जलती है, इससे छोटी गेंदें बनती हैं; यह घटना अपेक्षित थी क्योंकि, पृथ्वी पर आग की लपटों के विपरीत, भारहीनता में ऑक्सीजन और ईंधन पाए जाते हैं पतली परतगोले की सतह पर, यह सरल सर्किट, जो सांसारिक अग्नि से भिन्न है। हालाँकि, एक अजीब चीज़ की खोज की गई: वैज्ञानिकों ने देखा कि सभी गणनाओं के अनुसार, आग के गोले का जलना बंद हो जाना चाहिए था। उसी समय, आग तथाकथित में चली गई शीत चरण- यह बहुत धीमी गति से जला, इतना कि लौ दिखाई नहीं दे रही थी। हालाँकि, यह एक आग थी और इसकी लपटें तुरंत भड़क सकती थीं महा शक्तिईंधन और ऑक्सीजन के संपर्क में।

आमतौर पर दृश्यमान अग्नि तब जलती है उच्च तापमान 1227 और 1727 डिग्री सेल्सियस के बीच। आईएसएस पर हेप्टेन बुलबुले भी इस तापमान पर तेजी से जले, लेकिन जैसे ही ईंधन खत्म हुआ और ठंडा हुआ, एक पूरी तरह से अलग दहन शुरू हुआ - ठंडा। यह 227-527 डिग्री सेल्सियस के अपेक्षाकृत कम तापमान पर होता है और कालिख, CO2 और पानी नहीं, बल्कि अधिक विषैले कार्बन मोनोऑक्साइड और फॉर्मेल्डिहाइड पैदा करता है।

पृथ्वी पर प्रयोगशालाओं में इसी प्रकार की ठंडी लौ का पुनरुत्पादन किया गया है, लेकिन गुरुत्वाकर्षण स्थितियों के तहत ऐसी आग स्वयं अस्थिर होती है और हमेशा जल्दी बुझ जाती है। हालाँकि, आईएसएस पर, ठंडी लौ कई मिनटों तक लगातार जल सकती है। यह बहुत सुखद खोज नहीं है, क्योंकि ठंडी आग से ख़तरा बढ़ जाता है: यह अधिक आसानी से प्रज्वलित होती है, जिसमें अनायास भी शामिल है, इसका पता लगाना अधिक कठिन होता है और इसके अलावा, यह अधिक विषाक्त पदार्थ छोड़ती है। दूसरी ओर, उद्घाटन मिल सकता है प्रायोगिक उपयोगउदाहरण के लिए, एचसीसीआई तकनीक में, जिसमें गैसोलीन इंजन में ईंधन को स्पार्क प्लग से नहीं, बल्कि ठंडी लौ से प्रज्वलित करना शामिल है।

कई भौतिक प्रक्रियाएं पृथ्वी की तुलना में अलग तरह से आगे बढ़ती हैं, और दहन कोई अपवाद नहीं है। एक लौ शून्य गुरुत्वाकर्षण में पूरी तरह से अलग व्यवहार करती है, एक गोलाकार आकार लेती है। फोटो माइक्रोग्रैविटी परिस्थितियों में हवा में एथिलीन की बूंद के दहन को दर्शाता है। यह तस्वीर ग्लेन रिसर्च सेंटर में एक विशेष 30-मीटर टॉवर (2.2-सेकंड ड्रॉप टॉवर) में दहन की भौतिकी का अध्ययन करने के लिए एक प्रयोग के दौरान ली गई थी, जो मुक्त गिरावट के दौरान माइक्रोग्रैविटी की स्थितियों को पुन: उत्पन्न करने के लिए बनाई गई थी। बाद में अंतरिक्ष यान पर किए गए कई प्रयोगों का प्रारंभिक परीक्षण इस टॉवर में किया गया, यही कारण है कि इसे "अंतरिक्ष का प्रवेश द्वार" कहा जाता है।

लौ के गोलाकार आकार को इस तथ्य से समझाया जाता है कि भारहीनता की स्थिति में हवा की कोई ऊपर की ओर गति नहीं होती है और इसकी गर्म और ठंडी परतों का संवहन नहीं होता है, जो पृथ्वी पर लौ को एक बूंद के आकार में "खींच" लेती है। जलने के लिए लौ का पर्याप्त प्रवाह नहीं है ताजी हवा, जिसमें ऑक्सीजन होता है, और यह छोटा हो जाता है और उतना गर्म नहीं होता है। लौ का पीला-नारंगी रंग, जिससे हम पृथ्वी पर परिचित हैं, कालिख के कणों की चमक के कारण होता है जो हवा की गर्म धारा के साथ ऊपर की ओर उठते हैं। शून्य गुरुत्वाकर्षण में, लौ का रंग नीला हो जाता है, क्योंकि थोड़ी कालिख बनती है (इसके लिए 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान की आवश्यकता होती है), और जो कालिख मौजूद है वह कम तापमान के कारण केवल इन्फ्रारेड रेंज में ही चमकेगी। शीर्ष फोटो में लौ में अभी भी पीला-नारंगी रंग है, क्योंकि ज्वलन के प्रारंभिक चरण को कैप्चर किया गया था, जब अभी भी पर्याप्त ऑक्सीजन थी।

अंतरिक्ष यान की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए सूक्ष्मगुरुत्वाकर्षण स्थितियों के तहत दहन अध्ययन विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं। आईएसएस पर एक विशेष डिब्बे में कई वर्षों से अग्नि शमन प्रयोग (फ्लेक्स) किए जा रहे हैं। शोधकर्ता नियंत्रित वातावरण में ईंधन की छोटी बूंदों (जैसे हेप्टेन और मेथनॉल) को प्रज्वलित करते हैं। 2.5-4 मिमी व्यास वाली आग के गोले से घिरी ईंधन की एक छोटी गेंद लगभग 20 सेकंड तक जलती है, जिसके बाद बूंद कम हो जाती है जब तक कि लौ बुझ न जाए या ईंधन खत्म न हो जाए। सबसे अप्रत्याशित परिणाम यह हुआ कि हेप्टेन की एक बूंद, दृश्यमान दहन के बाद, तथाकथित "ठंडे चरण" में प्रवेश कर गई - लौ इतनी कमजोर हो गई कि इसे देखा नहीं जा सका। और फिर भी यह दहन था: ऑक्सीजन या ईंधन के साथ संपर्क करने पर आग तुरंत भड़क सकती थी।

जैसा कि शोधकर्ता बताते हैं, कब सामान्य दहनलौ का तापमान 1227 डिग्री सेल्सियस और 1727 डिग्री सेल्सियस के बीच उतार-चढ़ाव करता है - इस तापमान पर प्रयोग में आग दिखाई दे रही थी। जैसे ही ईंधन जला, एक "ठंडी जलन" शुरू हुई: लौ 227-527 डिग्री सेल्सियस तक ठंडी हो गई और कालिख, कार्बन डाइऑक्साइड और पानी नहीं, बल्कि अधिक जहरीले पदार्थ - फॉर्मेल्डिहाइड और कार्बन मोनोऑक्साइड उत्पन्न हुए। फ्लेक्स प्रयोग के दौरान सबसे कम ज्वलनशील वातावरण के आधार पर भी चयन किया गया कार्बन डाईऑक्साइडऔर हीलियम, जो भविष्य में अंतरिक्ष यान की आग के जोखिम को कम करने में मदद करेगा।

पृथ्वी पर और शून्य गुरुत्वाकर्षण में दहन और ज्वाला के लिए, यह भी देखें:
कॉन्स्टेंटिन बोगदानोव "कुत्ते को कहाँ दफनाया गया है?" - "5. आग क्या है? .

जानश बानिकोव

अंतरिक्ष में एक अनोखा प्रयोग किया गया. जापानी अंतरिक्ष यात्री ताकाओ दोई,

आईएसएस के अमेरिकी मॉड्यूल पर स्थित, एक साधारण बूमरैंग लॉन्च किया गया।

विशेषज्ञ यह देखना चाहते थे कि शून्य गुरुत्वाकर्षण में फेंके जाने पर यह वस्तु कैसा व्यवहार करेगी।

विश्व चैंपियन बूमरैंग थ्रोअर यासुहिरो तोगाई समेत कई लोगों को आश्चर्य हुआ कि बूमरैंग वापस आ गया है!

शून्य गुरुत्वाकर्षण में एक और प्रयोग

अल्बर्ट आइंस्टीन, अंतरिक्ष उड़ानों से बहुत पहले, एक जिज्ञासु प्रश्न के बारे में सोचते थे: क्या अंतरिक्ष यान के केबिन में एक मोमबत्ती जलेगी? आइंस्टीन का मानना ​​था कि "नहीं", क्योंकि भारहीनता के कारण गर्म गैसें ज्वाला क्षेत्र से बाहर नहीं निकल पाएंगी। इस प्रकार, बाती तक ऑक्सीजन की पहुंच अवरुद्ध हो जाएगी और लौ बुझ जाएगी।

आधुनिक प्रयोगकर्ताओं ने आइंस्टाइन के कथन का प्रयोगात्मक परीक्षण करने का निर्णय लिया। निम्नलिखित प्रयोग एक प्रयोगशाला में किया गया। बंद कमरे में रखी एक जलती हुई मोमबत्ती ग्लास जार, लगभग 70 मीटर की ऊंचाई से गिराई गई वस्तु भारहीनता की स्थिति में थी, यदि वायु प्रतिरोध को ध्यान में नहीं रखा जाए। हालाँकि, मोमबत्ती नहीं बुझी, केवल लौ का आकार बदल गया, यह अधिक गोलाकार हो गई, और इससे निकलने वाली रोशनी कम उज्ज्वल हो गई।

प्रयोगकर्ताओं ने भारहीनता में चल रहे दहन को प्रसार द्वारा समझाया, जिसके कारण आसपास के स्थान से ऑक्सीजन अभी भी ज्वाला क्षेत्र में प्रवेश कर गई। आख़िरकार, प्रसार प्रक्रिया गुरुत्वाकर्षण बलों की कार्रवाई पर निर्भर नहीं करती है।

हालाँकि, शून्य गुरुत्वाकर्षण में दहन की स्थितियाँ पृथ्वी की तुलना में भिन्न होती हैं। इस परिस्थिति को सोवियत डिजाइनरों को ध्यान में रखना पड़ा जिन्होंने एक विशेष बनाया वेल्डिंग मशीनशून्य गुरुत्वाकर्षण स्थितियों में वेल्डिंग के लिए।

इस उपकरण का परीक्षण 1969 में सोवियत सोयुज-8 अंतरिक्ष यान पर किया गया था और इसने सफलतापूर्वक काम किया।

क्या आप जानते हैं?

पहला बटन

बहुत समय पहले लोग कपड़े कैसे बांधते थे?
इसके लिए उन्होंने कफ़लिंक और अधिकतर लेस और रिबन का उपयोग किया।

फिर बटन दिखाई दिए, और अक्सर लूप बनाने की तुलना में उन्हें कहीं अधिक सिल दिया जाता था। तथ्य यह है कि बटन शुरू में केवल अमीर लोगों के लिए थे, न केवल बन्धन के लिए, बल्कि अक्सर कपड़े सजाने के लिए भी। बटन बनाये गये थे कीमती पत्थरऔर महंगी धातुएँ।

जो व्यक्ति जितना अधिक कुलीन और धनवान होता था, उसके कपड़ों पर उतने ही अधिक बटन होते थे। उस समय कई लोगों ने नए फास्टनरों को एक अफोर्डेबल विलासिता मानते हुए उनका विरोध किया था। प्रायः वास्तव में ऐसा ही होता था। उदाहरण के लिए, फ्रांस के राजा फ्रांसिस प्रथम ने अपने काले मखमली अंगिया को 13,600 सोने के बटनों से सजाने का आदेश दिया।