Sıfır yerçekiminde ateş nasıl yanar? Sıfır yerçekimindeki ateş, dünyadakinden tamamen farklı bir şekilde yanıyor - bilim adamları garip bir olayla karşılaştılar: Bir uzay aracında bir mum yanacak mı?

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 nasıl yanacağını bulmaya çalışalım. uzay istasyonu.

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. 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.

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 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

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 karbondioksiti (CO2) ve hidrojen de suyu (H20) oluşturur. 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.

Mum 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/

Uluslararası Uzay İstasyonunda gerçekleştirilen FLEX deneyi beklenmedik sonuçlar verdi; açık alev, bilim adamlarının beklediğinden tamamen farklı davrandı.

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

Dünyadaki alev (solda) ile sıfır yer çekimindeki (sağda) fark açıktır. Öyle ya da böyle, insanlık yine ateş konusunda ustalaşmak zorunda kalacak; bu kez uzayda.

San Diego'daki California Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Dr. Forman A. Williams, alevin incelenmesi üzerinde uzun süredir çalışmaktadır. Tipik olarak yangın, birbirine bağlı binlerce kimyasal reaksiyonun karmaşık bir sürecidir. 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 şekli yerçekimi ve konveksiyon tarafından verilir: sıcak hava yükselir ve taze soğuk havayı alevin içine çekerek alevin yukarı doğru uzamasına neden olur.

Bilim insanları tuhaf bir olayla karşılaştı. Mikro yerçekimi koşullarında alev farklı şekilde yanar; küçük toplar oluşturur. Bu olay beklenen bir olaydı çünkü Dünya'daki ateşten farklı olarak, ağırlıksızlık durumunda oksijen ve yakıt kürenin yüzeyinde ince bir tabaka halinde oluşuyor.Bu, Dünya'daki ateşten farklı olan basit bir model. 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 aşamaya girdi - çok zayıf yandı, o kadar ki alev görülemedi. Ancak bu bir yanmaydı ve alev, yakıt ve oksijenle temas ettiğinde anında büyük bir güçle alevlere dönüşebiliyordu.

Tipik olarak görünür ateş, 1227 ila 1727 santigrat derece arasındaki yüksek sıcaklıkta yanar. 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 bu keşif, örneğin benzinli motorlarda yakıtın mumlarla değil soğuk alevle ateşlenmesini içeren HCCI teknolojisinde pratik uygulama bulabilir.