Sıfır yerçekiminde ateş nasıl yanar? Uzay gemisinde yanan mum var mı?

Sıfır yerçekiminde ateş nasıl yanar? Yanma nedir? Bu, serbest bırakan bir kimyasal oksidasyon reaksiyonudur. büyük miktarısı ve sıcak yanma ürünlerinin oluşumu. Yanma işlemi yalnızca yanıcı bir madde olan oksijenin varlığında ve oksidasyon ürünlerinin yanma bölgesinden uzaklaştırılması koşuluyla gerçekleşebilir. Mumun nasıl çalıştığını ve içinde tam olarak neyin yandığını görelim. Mum, pamuk ipliklerden bükülmüş, içi balmumu, parafin veya stearin ile doldurulmuş bir fitildir. Pek çok insan fitilin kendisinin yandığını düşünüyor ama bu öyle değil. Yanan, fitilin etrafındaki madde, daha doğrusu onun buharıdır. Alevin ısısından eriyen balmumunun (parafin, stearin) kılcal damarlarından yanma bölgesine yükselmesi için fitile ihtiyaç vardır. Bunu test etmek için küçük bir deney yapabilirsiniz. Mumu söndürün ve yanan kibriti derhal fitilin iki veya üç santimetre yukarısında, balmumu buharının yükseldiği bir noktaya getirin. Kibrit onları ateşleyecek, ardından ateş fitilin üzerine düşecek ve mum yeniden yanacaktır. Yani yanıcı bir madde var. Ayrıca havada yeterince oksijen var. Yanma ürünlerinin uzaklaştırılmasına ne dersiniz? Dünyada bununla ilgili hiçbir sorun yok. Mum alevinin ısısıyla ısıtılan hava, kendisini çevreleyen soğuk havadan daha az yoğun hale gelir ve yanma ürünleriyle birlikte yukarı doğru yükselir (bir alev dili oluştururlar). Karbondioksit CO2 ve su buharından oluşan yanma ürünleri reaksiyon bölgesinde kalırsa yanma hızla duracaktır. Bunu doğrulamak kolaydır: Yanan bir mumu uzun bir bardağa koyun - sönecektir. Şimdi muma ne olacağını düşünelim uzay istasyonu, tüm nesnelerin ağırlıksız durumda olduğu yer. Sıcak ve soğuk havanın yoğunluk farkı artık Doğal konveksiyon, Ve aracılığıyla kısa bir zaman için yanma bölgesinde oksijen kalmayacaktır. Ancak aşırı miktarda karbon monoksit (karbon monoksit) CO oluşur. Ancak birkaç dakika daha mum yanacak ve alev, fitili çevreleyen bir top şeklini alacaktır. Uzay istasyonundaki mum alevinin ne renk olacağını bilmek de aynı derecede ilginç. Zeminde, sıcak kurum parçacıklarının parıltısından kaynaklanan sarı bir renk tonu hakimdir. Tipik olarak yangın 1227-1721oC sıcaklıkta yanar. Ağırlıksızlıkta yanıcı madde tükendikçe 227-527 ° C sıcaklıkta “soğuk” yanmanın başladığı fark edildi. Bu koşullar altında mumdaki doymuş hidrokarbon karışımı, aleve mavimsi bir renk veren hidrojen H2'yi açığa çıkarır. Uzayda gerçek mum yakan var mı? Onu yörüngede yaktıkları ortaya çıktı. Bu ilk olarak 1992'de Uzay Mekiği'nin deney modülünde yapıldı. uzay gemisi NASA Columbia, 1996 yılında deney Mir istasyonunda tekrarlandı. Elbette bu çalışma basit bir meraktan değil, istasyonda çıkan bir yangının ne gibi sonuçlara yol açabileceğini ve bununla nasıl başa çıkılacağını anlamak için yapıldı. Ekim 2008'den Mayıs 2012'ye kadar benzer deneyler NASA'nın Uluslararası Uzay İstasyonundaki projesi kapsamında gerçekleştirildi. Bu kez astronotlar yanıcı maddeleri izole edilmiş bir odada incelediler. farklı baskılar ve farklı oksijen içeriği. Daha sonra “soğuk” yanma sağlandı. Düşük sıcaklık. Dünyadaki yanma ürünlerinin kural olarak karbondioksit ve su buharı olduğunu hatırlayalım. Ağırlıksız ortamda, düşük sıcaklıklardaki yanma koşulları altında, çoğunlukla yüksek derecede toksik maddeler açığa çıkar. karbonmonoksit ve formaldehit. Araştırmacılar sıfır yerçekiminde yanmayı incelemeye devam ediyor. Belki de bu deneylerin sonuçları yeni teknolojilerin geliştirilmesinin temelini oluşturacaktır, çünkü uzay için yapılan hemen hemen her şey bir süre sonra dünyada uygulama alanı bulur.

Sıfır yerçekiminde yangın 12 Eylül 2015

Solda Dünya'da yanan bir mum, sağda ise ağırlıksızlıkta.

Detaylar burada...

Uluslararası Uzay İstasyonunda yapılan bir deney beklenmedik sonuçlar verdi; açık alev, bilim adamlarının beklediğinden tamamen farklı davrandı.

Bazı bilim adamlarının da söylediği gibi ateş en eski ve en başarılı yöntemdir. kimyasal deney insanlık. Aslında ateş, etin kızartıldığı ilk ateşten, insanı aya götüren roket motorunun alevine kadar her zaman insanlığın yanında olmuştur. İle genel olarak Ateş, medeniyetimizin ilerlemesinin sembolü ve aracıdır.

San Diego'daki California Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Dr. Forman A. Williams, alevin incelenmesi üzerinde uzun süredir çalışmaktadır. Genellikle ateş çok karmaşık bir süreç binlerce birbirine bağlı kimyasal reaksiyonlar. Örneğin bir mum alevinde hidrokarbon molekülleri fitilden buharlaşır, ısıyla parçalanır ve oksijenle birleşerek ışık, ısı, CO2 ve su üretir. Polisiklik aromatik hidrokarbonlar adı verilen halka şeklindeki moleküller formundaki hidrokarbon parçacıklarının bir kısmı, aynı zamanda yanabilen veya dumana dönüşebilen kurum oluşturur. Bir mum alevinin tanıdık gözyaşı damlası şekli yerçekimi ve konveksiyon tarafından verilir: sıcak hava ayağa kalkar ve yeniden aleve çekilir soğuk hava Alevin yukarıya doğru uzanması nedeniyle.

Ancak sıfır yerçekiminde her şeyin farklı şekilde gerçekleştiği ortaya çıktı. FLEX adı verilen bir deneyde bilim insanları, sıfır yerçekiminde yangınları söndürmeye yönelik teknolojiler geliştirmek için ISS'deki yangını inceledi. Araştırmacılar özel bir odada küçük heptan kabarcıklarını ateşlediler ve alevin nasıl davrandığını izlediler.

Bilim adamları karşılaştı garip fenomen. Mikro yerçekimi koşullarında alev farklı şekilde yanar; küçük toplar oluşturur. Bu olay bekleniyordu çünkü Dünya'daki alevlerden farklı olarak ağırlıksız ortamda oksijen ve yakıt bulunuyordu. ince tabaka Kürenin yüzeyinde bu basit devre dünyevi ateşten farklıdır. Ancak tuhaf bir şey keşfedildi: Bilim adamları, tüm hesaplamalara göre yanmanın durması gerekirken bile ateş toplarının yanmaya devam ettiğini gözlemlediler. Aynı zamanda yangın sözde soğuk faz– çok zayıf yandı, öyle ki alevi görülemedi. Ancak bu bir yangındı ve alev anında patlayabilirdi. büyük güç yakıt ve oksijenle temas halindedir.

Tipik olarak görünür bir ateş şu durumlarda yanar: Yüksek sıcaklık 1227 ile 1727 santigrat derece arasında. ISS'deki heptan kabarcıkları da bu sıcaklıkta parlak bir şekilde yandı, ancak yakıt bitip soğuduğunda tamamen farklı bir yanma başladı - soğuk. 227-527 santigrat derece gibi nispeten düşük bir sıcaklıkta gerçekleşir ve is, CO2 ve su değil, daha toksik olan karbon monoksit ve formaldehit üretir.

Dünyadaki laboratuvarlarda benzer türde soğuk alevler üretildi, ancak yerçekimi koşulları altında bu tür ateşin kendisi kararsız ve her zaman hızla sönüyor. Ancak ISS'de soğuk bir alev birkaç dakika boyunca sürekli yanabilir. Soğuk ateş artan bir tehlike oluşturduğundan bu pek hoş bir keşif değil: kendiliğinden de dahil olmak üzere daha kolay tutuşur, tespit edilmesi daha zordur ve üstelik daha fazla toksik madde açığa çıkarır. Öte yandan, açılış bulunabilir pratik kullanımörneğin, benzinli motorlarda yakıtın bujilerden değil soğuk alevden ateşlenmesini içeren HCCI teknolojisinde.

Pek çok fiziksel süreç Dünya'dakinden farklı şekilde ilerler ve yanma da bir istisna değildir. Bir alev sıfır yerçekiminde tamamen farklı davranır ve küresel bir şekil alır. Fotoğraf, mikro yerçekimi koşulları altında havada bir etilen damlacığının yanmasını göstermektedir. Bu fotoğraf, serbest düşüş sırasında mikro yerçekimi koşullarını yeniden oluşturmak için oluşturulan Glenn Araştırma Merkezi'ndeki 30 metrelik özel bir kulede (2,2 Saniyelik Düşme Kulesi) yanma fiziğini incelemek için yapılan bir deney sırasında çekildi. Daha sonra uzay araçları üzerinde gerçekleştirilen pek çok deneyin ön testleri bu kulede yapıldı, bu nedenle buraya “uzaya açılan kapı” deniyor.

Alevin küresel şekli, ağırlıksızlık koşullarında havanın yukarı doğru hareketinin olmaması ve sıcak ve soğuk katmanlarının taşınımının meydana gelmemesi, bunun da Dünya'da alevi bir damla şekline "çekmesi" ile açıklanmaktadır. Yanmaya yetecek kadar alev akışı yok temiz hava, oksijen içeriyor ve daha küçük çıkıyor ve o kadar da sıcak değil. Alevin Dünya'dan aşina olduğumuz sarı-turuncu rengi, sıcak hava akımıyla yukarı doğru yükselen kurum parçacıklarının parlamasından kaynaklanıyor. Sıfır yerçekiminde alev mavi bir renk alır, çünkü çok az kurum oluşur (bu, 1000 ° C'den fazla bir sıcaklık gerektirir) ve mevcut kurum, daha düşük sıcaklık nedeniyle yalnızca kızılötesi aralıkta parlayacaktır. Üstteki fotoğrafta alevde hala sarı-turuncu bir renk var, çünkü tutuşmanın erken aşaması, hala yeterli oksijen varken çekildi.

Mikro yerçekimi koşullarında yanma çalışmaları özellikle uzay aracının güvenliğinin sağlanması açısından önemlidir. Yangın söndürme deneyleri (FLEX), ISS'deki özel bir bölmede birkaç yıldır gerçekleştirilmektedir. Araştırmacılar kontrollü bir atmosferde küçük yakıt damlacıklarını (heptan ve metanol gibi) ateşliyorlar. 2,5-4 mm çapında bir ateş küresiyle çevrelenmiş küçük bir yakıt topu yaklaşık 20 saniye boyunca yanar ve ardından alev sönene veya yakıt bitene kadar damlacık azalır. En beklenmedik sonuç, gözle görülür bir yanmanın ardından bir damla heptanın "soğuk faza" girmesiydi - alev o kadar zayıfladı ki görülemedi. Ama yine de bu bir yanmaydı: Oksijen veya yakıtla etkileşime girdiğinde ateş anında parlayabilirdi.

Araştırmacıların açıkladığı gibi, ne zaman normal yanma alev sıcaklığı 1227°C ile 1727°C arasında dalgalanıyor - deneyde bu sıcaklıkta gözle görülür bir yangın vardı. Yakıt yandıkça "soğuk yanma" başladı: alev 227-527 °C'ye soğudu ve is, karbondioksit ve su değil, daha toksik maddeler (formaldehit ve karbon monoksit) üretti. FLEX deneyi sırasında, en az yanıcı olan atmosfer de şunlara göre seçildi: karbon dioksit ve gelecekte uzay aracı yangınları riskinin azaltılmasına yardımcı olacak helyum.

Dünya'da ve sıfır yerçekiminde yanma ve alev için ayrıca bakınız:
Konstantin Bogdanov "Köpek nereye gömüldü?" - "5. Ateş nedir? .

Canaş Bannikov

Uzayda alışılmadık bir deney gerçekleştirildi. Japon astronot Takao Doi,

ISS'nin Amerikan modülünde bulunan sıradan bir bumerang fırlatıldı.

Uzmanlar bu nesnenin sıfır yerçekimine atılması durumunda nasıl davranacağını görmek istedi.

Dünya şampiyonu bumerang atıcısı Yasuhiro Togai de dahil olmak üzere pek çok kişiyi şaşırtacak şekilde bumerang geri döndü!

Sıfır yerçekiminde başka bir deney

Albert Einstein, uzay uçuşlarından çok önce merak uyandıran bir soru hakkında düşünüyordu: Bir uzay gemisinin kabininde mum yanacak mı? Einstein "hayır"a inanıyordu çünkü ağırlıksızlık nedeniyle sıcak gazlar alev bölgesinden kaçamayacaktı. Böylece oksijenin fitile erişimi engellenecek ve alev sönecektir.

Modern deneyciler Einstein'ın ifadesini deneysel olarak test etmeye karar verdiler. Aşağıdaki deney laboratuvarlardan birinde gerçekleştirildi. Kapalı bir yere yerleştirilen yanan bir mum cam kavanoz, yaklaşık 70 m yükseklikten düşürüldü Düşen nesne, hava direnci dikkate alınmazsa ağırlıksız durumdaydı. Ancak mum sönmedi, sadece alevin şekli değişti, daha küresel hale geldi ve yaydığı ışık daha az parlak hale geldi.

Deneyciler, ağırlıksız ortamda devam eden yanmayı, çevredeki alandan gelen oksijenin hala alev bölgesine girmesi nedeniyle difüzyonla açıkladılar. Sonuçta difüzyon süreci yerçekimi kuvvetlerinin etkisine bağlı değildir.

Ancak sıfır yerçekimindeki yanma koşulları Dünya'dakinden farklıdır. Bu durumun özel bir tasarım yaratan Sovyet tasarımcıları tarafından dikkate alınması gerekiyordu. kaynak makinesi sıfır yerçekimi koşullarında kaynak yapmak için.

Bu cihaz 1969 yılında Sovyet Soyuz-8 uzay aracında test edildi ve başarıyla çalıştı.

Biliyor musun?

İlk düğmeler

İnsanlar uzun zaman önce kıyafetlerini nasıl sabitliyorlardı?
Bunu yapmak için kol düğmeleri ve daha çok dantel ve kurdeleler kullandılar.

Sonra düğmeler ortaya çıktı ve çoğu zaman ilmek yapmaktan çok daha fazlası dikildi. Gerçek şu ki, düğmeler başlangıçta yalnızca zengin insanlar için, yalnızca sabitlemek için değil, daha çok kıyafetleri süslemek için tasarlanmıştı. Düğmeler yapıldı değerli taşlar ve pahalı metaller.

Bir insan ne kadar asil ve zenginse kıyafetlerinde o kadar çok düğme bulunurdu. O zamanlar pek çok kişi, yeni bağlantı elemanlarının karşılanamaz bir lüks olduğunu düşünerek karşı çıktı. Çoğu zaman aslında durum böyleydi. Örneğin Fransa Kralı Birinci Francis, siyah kadife kaşkorsesinin 13.600 altın düğmeyle süslenmesini emretti.