Bagaimana api bisa menyala dalam kondisi gravitasi nol? Apakah ada lilin yang menyala di pesawat luar angkasa?

Bagaimana api bisa menyala dalam kondisi gravitasi nol? Apa itu pembakaran? Ini adalah pelepasan reaksi oksidasi kimia jumlah besar panas dan pembentukan produk pembakaran panas. Proses pembakaran hanya dapat terjadi dengan adanya zat yang mudah terbakar, oksigen, dan dengan syarat produk oksidasi dikeluarkan dari zona pembakaran. Mari kita lihat cara kerja lilin dan apa sebenarnya yang terbakar di dalamnya. Lilin adalah sumbu yang dipilin dari benang katun, diisi dengan lilin, parafin atau stearin. Banyak orang mengira sumbu itu sendiri yang terbakar, padahal tidak demikian. Zat di sekitar sumbu, atau lebih tepatnya uapnya,lah yang terbakar. Sumbu diperlukan agar lilin (parafin, stearin) yang meleleh akibat panas api naik melalui kapilernya menuju zona pembakaran. Untuk mengujinya, Anda dapat melakukan percobaan kecil-kecilan. Tiup lilinnya dan segera dekatkan korek api yang menyala ke titik dua atau tiga sentimeter di atas sumbu, tempat uap lilin naik. Korek api akan menyalakannya, setelah itu api akan jatuh ke sumbu dan lilin akan menyala kembali. Jadi, ada bahan yang mudah terbakar. Oksigen di udara juga cukup. Bagaimana dengan pembuangan produk pembakaran? Tidak ada masalah dengan hal ini di bumi. Udara yang dipanaskan oleh panas nyala lilin menjadi kurang padat dibandingkan udara dingin di sekitarnya dan naik ke atas bersama hasil pembakaran (membentuk lidah api). Jika hasil pembakaran berupa karbon dioksida CO2 dan uap air tetap berada pada zona reaksi maka pembakaran akan cepat terhenti. Sangat mudah untuk memverifikasi ini: letakkan lilin yang menyala di gelas tinggi - lilin itu akan padam. Sekarang mari kita pikirkan apa yang akan terjadi pada candle yang menyala Stasiun ruang angkasa, dimana semua benda berada dalam keadaan tanpa bobot. Perbedaan kepadatan udara panas dan dingin tidak lagi menimbulkan masalah konveksi alami, dan melalui untuk waktu yang singkat tidak akan ada oksigen yang tersisa di zona pembakaran. Tetapi karbon monoksida (karbon monoksida) CO berlebih terbentuk. Namun, selama beberapa menit lagi lilin akan menyala, dan nyala api akan berbentuk bola yang mengelilingi sumbu. Menariknya lagi untuk mengetahui warna nyala lilin di stasiun luar angkasa. Di permukaan tanah didominasi oleh warna kuning yang disebabkan oleh pancaran partikel jelaga panas. Biasanya api menyala pada suhu 1227-1721oC. Dalam keadaan tanpa bobot, diketahui bahwa ketika zat yang mudah terbakar habis, pembakaran “dingin” dimulai pada suhu 227-527 ° C. Dalam kondisi ini, campuran hidrokarbon jenuh dalam lilin melepaskan hidrogen H2, yang memberikan warna kebiruan pada nyala api. Adakah yang pernah menyalakan lilin asli di luar angkasa? Ternyata mereka menyalakannya - di orbit. Ini pertama kali dilakukan pada tahun 1992 di modul eksperimental Pesawat Ulang-alik, kemudian di pesawat ruang angkasa NASA Columbia, pada tahun 1996, percobaan diulangi di stasiun Mir. Tentu saja, pekerjaan ini dilakukan bukan hanya karena rasa ingin tahu, tetapi untuk memahami apa akibat yang dapat ditimbulkan oleh kebakaran di stasiun dan bagaimana cara mengatasinya. Dari Oktober 2008 hingga Mei 2012, eksperimen serupa dilakukan di bawah proyek NASA di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Kali ini para astronot memeriksa zat yang mudah terbakar di ruang terisolasi di tekanan yang berbeda dan kandungan oksigen yang berbeda. Kemudian pembakaran “dingin” terjadi pada suhu rendah. Ingatlah bahwa produk pembakaran di bumi biasanya berupa karbon dioksida dan uap air. Dalam keadaan tanpa bobot, dalam kondisi pembakaran pada suhu rendah, sebagian besar zat yang sangat beracun dilepaskan karbon monoksida dan formaldehida. Para peneliti terus mempelajari pembakaran dalam kondisi gravitasi nol. Mungkin hasil eksperimen ini akan menjadi dasar pengembangan teknologi baru, karena hampir semua yang dilakukan di luar angkasa, setelah beberapa waktu, dapat diterapkan di bumi.

Kebakaran di gravitasi nol 12 September 2015

Di sebelah kiri adalah lilin yang menyala di Bumi, dan di sebelah kanan dalam keadaan tanpa bobot.

Berikut detailnya...

Eksperimen yang dilakukan di Stasiun Luar Angkasa Internasional membuahkan hasil yang tidak terduga - nyala api terbuka berperilaku sangat berbeda dari perkiraan para ilmuwan.

Seperti yang dikatakan beberapa ilmuwan, api adalah cara tertua dan paling sukses percobaan kimia kemanusiaan. Memang benar, api selalu menyertai umat manusia: dari api pertama yang membakar daging, hingga nyala api mesin roket yang membawa manusia ke bulan. Oleh umumnya, api adalah simbol dan instrumen kemajuan peradaban kita.

Forman A. Williams, seorang profesor fisika di Universitas California, San Diego, telah lama meneliti studi api. Biasanya api sebuah proses yang sangat kompleks ribuan saling berhubungan reaksi kimia. Misalnya, dalam nyala lilin, molekul hidrokarbon menguap dari sumbu, terurai oleh panas, dan bergabung dengan oksigen menghasilkan cahaya, panas, CO2, dan air. Beberapa fragmen hidrokarbon berupa molekul berbentuk cincin yang disebut hidrokarbon aromatik polisiklik membentuk jelaga yang juga dapat terbakar atau berubah menjadi asap. Bentuk nyala lilin yang mirip tetesan air mata diberikan oleh gravitasi dan konveksi: udara panas bangkit dan menarik segar ke dalam nyala api udara dingin, karena itu nyala api membentang ke atas.

Namun ternyata dalam keadaan tanpa bobot semuanya terjadi secara berbeda. Dalam percobaan yang disebut FLEX, para ilmuwan mempelajari api di ISS untuk mengembangkan teknologi pemadaman api dalam kondisi gravitasi nol. Para peneliti menyalakan gelembung kecil heptana di dalam ruangan khusus dan mengamati bagaimana perilaku nyala api.

Para ilmuwan telah menemukannya fenomena aneh. Dalam kondisi gayaberat mikro, nyala api menyala secara berbeda, membentuk bola-bola kecil. Fenomena ini diperkirakan terjadi karena, tidak seperti api di Bumi, oksigen dan bahan bakar ditemukan di bumi tanpa bobot lapisan tipis di permukaan bola, Ini rangkaian sederhana, yang berbeda dengan api duniawi. Namun, hal aneh ditemukan: para ilmuwan mengamati bola api terus menyala bahkan setelah, menurut semua perhitungan, pembakaran seharusnya berhenti. Pada saat yang sama, api masuk ke dalam apa yang disebut fase dingin– pembakarannya sangat lemah, sedemikian rupa sehingga nyala apinya tidak terlihat. Namun, itu adalah api, dan apinya bisa langsung meletus kekuatan yang besar bersentuhan dengan bahan bakar dan oksigen.

Biasanya api yang terlihat menyala ketika suhu tinggi antara 1227 dan 1727 derajat Celcius. Gelembung heptana di ISS juga menyala terang pada suhu ini, tetapi saat bahan bakar habis dan mendingin, pembakaran yang sama sekali berbeda dimulai - dingin. Ini terjadi pada suhu yang relatif rendah yaitu 227-527 derajat Celcius dan tidak menghasilkan jelaga, CO2 dan air, tetapi karbon monoksida dan formaldehida yang lebih beracun.

Jenis api dingin serupa telah direproduksi di laboratorium di Bumi, namun dalam kondisi gravitasi, api tersebut tidak stabil dan selalu cepat padam. Namun di ISS, nyala api dingin dapat menyala terus-menerus selama beberapa menit. Ini bukanlah penemuan yang menyenangkan, karena api dingin menimbulkan bahaya yang meningkat: api lebih mudah terbakar, termasuk secara spontan, lebih sulit dideteksi dan, terlebih lagi, melepaskan lebih banyak zat beracun. Di sisi lain, pembukaan mungkin ditemukan penggunaan praktis, misalnya, dalam teknologi HCCI, yang melibatkan penyalaan bahan bakar pada mesin bensin bukan dari busi, melainkan dari nyala api dingin.

Banyak proses fisik yang berlangsung secara berbeda dibandingkan di Bumi, termasuk pembakaran. Nyala api berperilaku sangat berbeda dalam gravitasi nol, berbentuk bola. Foto menunjukkan pembakaran tetesan etilen di udara dalam kondisi gayaberat mikro. Foto ini diambil selama percobaan untuk mempelajari fisika pembakaran di menara khusus setinggi 30 meter (2.2-Second Drop Tower) di Glenn Research Center, yang dibuat untuk mereproduksi kondisi gayaberat mikro selama jatuh bebas. Banyak eksperimen yang kemudian dilakukan pada pesawat ruang angkasa menjalani pengujian pendahuluan di menara ini, itulah sebabnya menara ini disebut “pintu gerbang ke luar angkasa”.

Bentuk nyala api yang bulat dijelaskan oleh fakta bahwa dalam kondisi tanpa bobot tidak ada pergerakan udara ke atas dan tidak terjadi konveksi lapisan hangat dan dinginnya, yang di Bumi “menarik” nyala api ke dalam bentuk tetesan. Aliran api yang masuk tidak cukup untuk membakar udara segar, mengandung oksigen, dan ternyata lebih kecil dan tidak terlalu panas. Warna nyala api kuning-oranye yang kita kenal di Bumi disebabkan oleh pancaran partikel jelaga yang naik ke atas bersama aliran udara panas. Dalam kondisi gravitasi nol, nyala api memperoleh warna biru, karena sedikit jelaga yang terbentuk (ini memerlukan suhu lebih dari 1000 ° C), dan jelaga yang ada hanya akan bersinar dalam kisaran inframerah karena suhu yang lebih rendah. Pada foto atas masih terlihat warna nyala api kuning-oranye, sejak ditangkap tahap awal penyalaan, saat oksigen masih cukup.

Studi pembakaran dalam kondisi gayaberat mikro sangat penting untuk menjamin keselamatan pesawat ruang angkasa. Eksperimen pemadaman kebakaran (FLEX) telah dilakukan selama beberapa tahun di kompartemen khusus di ISS. Para peneliti menyalakan tetesan kecil bahan bakar (seperti heptana dan metanol) di atmosfer yang terkendali. Sebuah bola kecil bahan bakar terbakar selama kurang lebih 20 detik, dikelilingi oleh bola api berdiameter 2,5–4 mm, setelah itu tetesannya mengecil hingga api padam atau bahan bakar habis. Hasil yang paling tidak terduga adalah setetes heptana, setelah pembakaran yang terlihat, memasuki apa yang disebut “fase dingin” - nyala api menjadi sangat lemah sehingga tidak terlihat. Namun itu adalah pembakaran: api bisa langsung berkobar ketika berinteraksi dengan oksigen atau bahan bakar.

Seperti yang dijelaskan peneliti, kapan pembakaran biasa suhu nyala api berfluktuasi antara 1227°C dan 1727°C - pada suhu ini dalam percobaan terlihat api. Saat bahan bakar terbakar, "pembakaran dingin" dimulai: nyala api mendingin hingga 227–527 °C dan tidak menghasilkan jelaga, karbon dioksida, dan air, tetapi bahan yang lebih beracun - formaldehida dan karbon monoksida. Selama percobaan FLEX, atmosfer yang paling tidak mudah terbakar juga dipilih berdasarkan karbon dioksida dan helium, yang akan membantu mengurangi risiko kebakaran pesawat ruang angkasa di masa depan.

Untuk pembakaran dan nyala api di Bumi dan dalam gravitasi nol, lihat juga:
Konstantin Bogdanov “Di mana anjing itu dikuburkan?” - "5. Apa itu api? .

Janash Bannikov

Eksperimen yang tidak biasa dilakukan di luar angkasa. astronot Jepang Takao Doi,

terletak di modul Amerika di ISS, meluncurkan bumerang biasa.

Para ahli ingin melihat bagaimana perilaku benda ini jika dilempar dalam gravitasi nol.

Yang mengejutkan banyak orang, termasuk juara dunia pelempar bumerang Yasuhiro Togai, bumerang telah kembali!

Eksperimen lain dalam gravitasi nol

Albert Einstein, jauh sebelum penerbangan luar angkasa, memikirkan pertanyaan aneh: akankah lilin menyala di kabin pesawat luar angkasa? Einstein percaya bahwa “tidak”, karena karena keadaan tanpa bobot, gas panas tidak akan keluar dari zona api. Dengan demikian, akses oksigen ke sumbu akan terhalang dan nyala api akan padam.

Para peneliti modern memutuskan untuk menguji pernyataan Einstein secara eksperimental. Percobaan berikut dilakukan di salah satu laboratorium. Lilin yang menyala diletakkan di tempat yang tertutup toples kaca, dijatuhkan dari ketinggian sekitar 70 m, benda yang jatuh dalam keadaan tidak berbobot, jika hambatan udara tidak diperhitungkan. Namun lilinnya tidak padam, hanya bentuk apinya yang berubah, menjadi lebih bulat, dan cahaya yang dipancarkannya menjadi kurang terang.

Para peneliti menjelaskan pembakaran yang sedang berlangsung dalam keadaan tanpa bobot melalui difusi, yang menyebabkan oksigen dari ruang sekitarnya masih memasuki zona api. Bagaimanapun, proses difusi tidak bergantung pada aksi gaya gravitasi.

Namun, kondisi pembakaran di gravitasi nol berbeda dengan di Bumi. Keadaan ini harus diperhitungkan oleh desainer Soviet yang menciptakan sesuatu yang istimewa mesin las untuk pengelasan dalam kondisi gravitasi nol.

Perangkat ini diuji pada tahun 1969 di pesawat ruang angkasa Soviet Soyuz-8 dan berhasil.

Tahukah kamu?

Tombol pertama

Bagaimana cara orang mengencangkan pakaian pada zaman dahulu?
Untuk ini mereka menggunakan kancing manset, dan lebih sering tali dan pita.

Kemudian kancing-kancing muncul, dan sering kali kancing-kancing itu dijahit lebih dari sekadar simpul yang dibuat. Faktanya, kancing pada awalnya hanya ditujukan untuk orang kaya, tidak hanya untuk diikat, tetapi lebih sering untuk menghiasi pakaian. Kancingnya terbuat dari batu mulia dan logam mahal.

Semakin mulia dan kaya seseorang, semakin banyak kancing di bajunya. Banyak orang pada saat itu menentang pengencang baru, menganggapnya sebagai kemewahan yang tidak terjangkau. Seringkali hal ini benar-benar terjadi. Misalnya, Raja Prancis, Francis yang Pertama, memerintahkan untuk menghiasi kamisol beludru hitamnya dengan 13.600 kancing emas.