Sıfır yerçekiminde ateş nasıl yanar? Uzayda olağandışı deneyler. Bumerang geri döndü! Mum gemide yanacak mı?

Yaklaşıyor Yılbaşı ve yörünge istasyonundaki astronotlar onunla buluşmaya hazırlanıyor. Bir sonraki nakliye gemisinden kendilerine mum göndermesini isterler. Ancak Dünya'daki mühendisler, sıfır yerçekiminde yanmayacakları için mum göndermeye gerek olmadığına inanıyorlar.
Sıfır yerçekiminde sıradan bir mum yanacak mı sizce?

Cevap
Bir mumun yanması için alevine sürekli bir oksijen akışı olması gerekir. Karasal koşullar altında, bu akış konveksiyon nedeniyle meydana gelir. Stearinin yanması sonucu ortaya çıkan sıcak gazlar havadan hafiftir ve bu nedenle yukarı doğru yükselir ve yerlerine yeni hava kısımları girer. Sonuç olarak aleve oksijen akışı ve karbon monoksit (CO) ve karbon dioksit (CO2) gazlarının yanma bölgesinden uzaklaştırılması sağlanır. Ağırlıksızlık koşullarında konveksiyonun olmayacağı açıktır. nedeniyle yalnızca zayıf bir hava akışı olacaktır. hava akışı uzay aracının içinde yanı sıra yanma ürünlerinin genleşmesi ve difüzyon nedeniyle akış. Listelenen işlemler zayıftır ve bir mumu yakmaya yetip yetmeyeceği ancak deneysel olarak belirlenebilir.

Bu arada Bu tür deneyler üzerinde gerçekleştirildi uzay istasyonu 1996 yılında "Mir". Bir mumun sıfır yerçekiminde yanabileceği ortaya çıktı. Bir deneyde bir mum 45 dakika boyunca yandı. Ancak sıfır yerçekiminde bir mum Dünya'dakinden farklı şekilde yanar. Konveksiyon akımı olmadığından mum alevi karasal koşullarda olduğu gibi uzun bir şekle değil, küresel bir şekle sahiptir. Konveksiyon olmadığında alev daha az soğur, dolayısıyla sıcaklığı Dünya'dakinden daha yüksektir; Mumdaki stearin çok ısınır ve mavi bir alevle yanan hidrojeni açığa çıkarır.

Düşünmek

Sıfır yerçekiminde bir mumla yapılan deneylerde, bazen periyodik mikro patlamalarla bir yanma modu meydana geldi ve bu da alevde keskin dalgalanmalara yol açtı.
Mikro patlamalar neden meydana geldi?

Cevap
Konveksiyon eksikliği nedeniyle mum alevi daha az soğudu, bu da sıcaklığının yüksek olduğu anlamına geliyordu. Mumdaki stearin aşırı ısındı ve buharlaşmaya başladı. Alevin yakınındaki havadaki stearin buharının konsantrasyonu, patlayıcı bir karışım oluşana kadar arttı. Bunu küçük bir patlama izledi ve yanma ürünleri patlama dalgası tarafından taşındı ve onların yerine geldi. Temiz hava. Patlama çok güçlü değilse, mum yanmaya devam etti, yüzeyinden yeni bir stearin kısmı buharlaştı ve bunu bir sonraki patlama takip etti.

Mum alevi: a) yerçekimi koşullarında; b) ağırlıksızlık koşullarındahttp://n-t.ru/tp/nr/pn.htm

Düşünmek

Daha fazlasını nasıl sağlayabiliriz? yoğun yanma mumlar mı yoksa normal kibritler mi? Farklı yollar önerin.

Cevap
Bir kibritte üfleyebilirsiniz. Kibriti bir daire içinde döndürmeye başlayabilir, böylece kibritin havaya göre hareket etmesini sağlayabilirsiniz. Bir kibrit atabilirsin. Birinde belgeseller Ağırlıksızlıkla ilgili olarak şu olay örgüsü gösterildi: fırlatılan bir kibrit uzay gemisinin içinde sorunsuz bir şekilde hareket etti ve alevine yeni hava bölümlerinin sağlanması nedeniyle oldukça yoğun bir şekilde yandı.http://mgnwww.larc.nasa.gov/db/combustion/combustion.htmlhttp://science.msfc.nasa.gov/newhome/headlines/msad08jul97_1.htm

FIRIN'DA PATLAMA

Eski zamanlarda fırıncı sinir bozucu sineklerle baş etmek için tek bir çare kullanırdı. Bir avuç un alıp havaya fırlattı ve ateşe verdi. Bir un bulutu alevlendi. Alev, alkış ve sinir bozucu böcekler yok oldu. Bu yöntem her zaman yardımcı oldu, ancak bazen pencerelerden camlar pamuktan uçtu. Ancak 14 Aralık 1785'te Torino'da (İtalya) bir felaket meydana geldi. Sineklerden kurtulmak için kanıtlanmış bir yöntem kullanmaya karar veren şanssız fırıncı, tüm evini havaya uçurdu. Kendisi ve yardımcıları fırının enkazı altında hayatını kaybetti. 1979 yılında Bremen'deki un fabrikalarından birinde un tozu patladı. Sonuç olarak 14 ölü, 17 yaralı, hasar - 100 milyon mark.
Un tozu gerçekten korkunç patlamalara neden olabilir mi? Sonuçta havaya saçılan dinamit değil, sadece un parçacıkları mı?Volkov A. Tozun Maceraları.

Cevap
Un organik kökenli maddeler içerir, yani yanabilir. Elbette normal şartlarda unu ateşe vermek kolay değil. Ancak havaya un püskürtülürse her toz zerresi oksijenle temas eder. Ayrıca toz taneciklerinin toplam yüzey alanı, aynı kütledeki tek bir madde parçasının yüzey alanından kat kat fazladır. Bu, bir madde püskürtüldüğünde yüzey alanının çok sayıda arttığı anlamına gelir. Atmosferdeki oksijenle temas eden maddenin yüzeyi olduğundan yanma yüzeyde meydana gelir. Bu durumda en küçük toz zerreleri o kadar çabuk yanar ki patlama meydana gelir.

Referans Patlama bir yanmadır ve inanılmaz derecede hızlıdır; saniyenin önemsiz bir kısmı. Bu durumda patlayıcı gaza dönüşür. Ortaya çıkan gaz, yüksek bir sıcaklığa ve muazzam bir basınca (on milyarlarca paskal) sahiptir. Gazın ani genleşmesi sağır edici bir gürültüye ve ciddi bir yıkıma neden olur.Bazen tamamen zararsız görünen maddeler patlayabilir. Bunlara organik kökenli her türlü toz dahildir: un, şeker, kömür, ekmek, kağıt, biber, bezelye ve hatta çikolata.Yalnızca oksijenle reaksiyona giren maddeler içeren toz türleri patlar. Patlama ancak havadaki toz miktarı belirli bir seviyeye ulaştığında meydana gelir ve mikroskobik bir kıvılcım bile buna neden olabilir.

Bu arada Bir maddenin atomize halde hızlı yanması teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin termik santrallerin kazan dairelerinin fırınlarına kömür ince toz halinde verilmektedir. Ve arabanın sessiz gürlemesi, motorun içindeki benzin buharı ve hava karışımının patlamasının bir yankısıdır.

Shablovsky V. Eğlenceli fizik. St.Petersburg: Trigon, 1997. S. 101.

Bu arada İlk çok güçlü patlayıcı 1846 yılında Torino'da (İtalya) Ascanio Sobrero tarafından sentezlendi. Nitrogliserindi - yağlı temiz sıvı tatlı tadı. O zamanlar kimyagerler her maddenin tadına bakarlardı. Birkaç damla nitrogliserin bile kalbimin çarpmasına ve başımın ağrımasına neden oldu. Kırk yıl sonra nitrogliserin ilaç olarak tanındı.

Düşünmek

Patlayıcının içerdiği enerji o kadar da büyük değil. Örneğin 1 kg TNT'nin yanması, 1 kg kömürün yanmasından 8 kat daha az enerji açığa çıkarır. Peki o zaman TNT neden bu kadar yıkıcı?

Cevap
TNT patlaması sırasında enerji, patlamaya göre on milyonlarca kat daha hızlı açığa çıkar. normal yanma kömürShablovsky V. Eğlenceli fizik. St.Petersburg: Trigon, 1997. S. 100.

Düşünmek

Nitrogliserinin patlama eğilimi gerçekten şaşırtıcıdır. İngiltere'de bir köylünün kışın ısınmak umuduyla bir şişe nitrogliserin içtiğini söylüyorlar. Yolda ölü bulundu. Donmuş ceset eve getirilerek sobanın yanına yerleştirildi. Sonuç olarak köylünün cesedi patladı ve ev yıkıldı.Soru: Bu hikayeye güvenilebilir mi?Krasnogorov V. Yıldırımı taklit etmek. M.: Znanie, 1977. S. 72.

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 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 reaksiyon. 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.

Yanma neden meydana geliyor? Isıtıldığında organik madde belirli bir eşik değerinin (ateşleme sıcaklığı) üzerinde, atmosferik oksijenle aktif reaksiyonları başlar.

Organik maddelerdeki atomların ana bileşimi karbon (C) ve hidrojendir (H). Karbon oksijenle birleşerek oluşur karbon dioksit(CO2), hidrojen - su (H20). Reaksiyon da ısıyı açığa çıkarır ve bu da onun devamını sağlar. Bu nedenle, yanmanın gerçekleşmesi için prensip olarak iki koşul gereklidir:
1) Tutuşma sıcaklığı yanma sıcaklığından daha düşük olacak şekilde
2) reaksiyonun devam etmesi için yeterli oksijen akışını sağlayın.

Mumun alevi neden yukarı doğru bakıyor? Yanma sırasında alevle ısıtılan hava yukarı doğru fırlar (fiziği hatırlıyor musunuz? Sıcak hava daha hafiftir, dolayısıyla yükselir. Daha doğrusu, daha soğuk olanla yer değiştirir ve dolayısıyla daha ağırdır.) Boşalan yere daha fazla oksijen içeren soğuk hava akar. sıcak hava ile. Açıkçası, örneğin bir mumun üzerini kapatırsanız, cam kavanoz, o zaman mum yeterince hızlı bir şekilde sönecektir - tüm oksijen reaksiyona girer girmez. Bu arada bir tane daha faiz Sor. Neden karbondioksit görünmez olmasına ve su buharı yalnızca çok olduğunda görülebilmesine rağmen, bir mumun alevini açıkça görebiliyoruz? Yanmamış maddenin ısıtılmış parçacıklarını görüyoruz. Kesinlikle kurum (kurum) oluşturanlar. Örneğin bir kaşığı ateşin üzerine tuttuğumuzda bunu görebiliriz.

Şimdi nihayet koyunlarımıza dönüyoruz. Yani sıfır yerçekiminde bir mumun yanıp yanmayacağı sorusuna. Açıkçası, soru şu mantıktan yola çıkılarak ortaya çıktı: yer çekimi, o zaman sıcak havanın yerini soğuk hava almayacak ve oksijen akışıyla ilgili sorunlar başlayacaktır. Ancak burada termal hareket imdada yetişiyor. Isıtılmış karbondioksit ve su buharı molekülleri, prensip olarak bir mumun yanmasına izin verebilecek oksijen moleküllerinden birkaç kat daha hızlı hareket eder. Yani özetlemek gerekirse sonuca varıyoruz. Prensip olarak bir mum zayıf olmasına rağmen yanabilir.

Bu arada, Albert Einstein bir keresinde bu soruyu sormuştu ve kendisi de olumsuz cevap vermişti. Hava akışı yok, yanma yok. Ancak deneyim bunun aksini kanıtladı.

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

Kült Amerikan filmini izleyenlerin çoğu " Yıldız Savaşları", patlamaların, alev dillerinin, yanan enkazların her yöne uçtuğu etkileyici görüntüleri hâlâ hatırlıyorlar... Böylesine korkunç bir sahne gerçek uzayda tekrarlanabilir mi? Tamamen havasız bir alanda mı? Bu soruyu cevaplamak için öncelikle sıradan bir mumun bir uzay istasyonunda nasıl yanacağını bulmaya çalışalım.

Yanma nedir? Bu Kimyasal reaksiyon salınımlı oksidasyon Büyük miktarlarısı 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. Kibritten parlayacaklar, ardından ateş fitilin üzerine düşecek ve mum tekrar yanacak (daha fazla ayrıntı için bkz.).

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 tüm nesnelerin ağırlıksız durumda olduğu bir uzay istasyonundaki mumun başına ne geleceğini düşünelim. 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 ateş 1227-1721 o C sıcaklıkta yanar. Ağırlıksızlıkta, yanıcı madde tükendikçe 227-527 o C sıcaklıkta “soğuk” yanmanın başladığı fark edildi. Bu koşullar altında, Mumdaki doymuş hidrokarbonlar, 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.

Star Wars'u yöneten yönetmen George Lucas'ın uzay istasyonundaki kıyamet patlamasını tasvir ederken hâlâ büyük bir hata yaptığını artık anlıyoruz. Aslında patlayan istasyon kısa, parlak bir flaş gibi görünecek. Ondan sonra çok hızlı bir şekilde sönecek devasa mavimsi bir top kalacak. Ve eğer aniden istasyonda gerçekten bir şey yanarsa, yapay hava dolaşımını derhal otomatik olarak kapatmanız gerekir. Ve sonra yangın olmayacak.

Balmumu- opak, dokunulduğunda yağlı, ısıtıldığında eriyen katı kütle. Bitkisel ve hayvansal kökenli yağ asitlerinin esterlerinden oluşur.

Parafin- doymuş hidrokarbonların mumsu bir karışımı.

Stearin- diğer doymuş ve doymamış yağ asitlerinin karışımı ile stearik ve palmitik asitlerin mumsu bir karışımı.

Doğal konveksiyon- Yerçekimi alanında eşit olmayan bir şekilde ısıtıldıklarında hava kütlelerinin dolaşımının neden olduğu ısı transferi süreci. Alt katmanlar ısındığında hafifler ve yükselir, üst katmanlar ise tam tersine soğur, ağırlaşır ve batar, ardından işlem defalarca tekrarlanır.