Sıfır yerçekimindeki ateş, dünyadakinden tamamen farklı bir şekilde yanıyor - bilim adamları garip bir olayla karşılaştılar. Sıfır yerçekimindeki ateş, dünyadakinden tamamen farklı bir şekilde yanıyor - bilim adamları garip bir olayla karşılaştılar: Bir mum ağırlıksız durumda yanacak mı?

Uluslararası Uzay İstasyonunda gerçekleştirilen FLEX deneyi 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. 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. 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 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, 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. Yanma alevinde oksijen içeren yeterli temiz hava yoktur ve daha küçük ve daha az sıcak olur. 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 kurum üretmedi, karbon dioksit ve sudur ve en toksik maddeler formaldehit ve karbon monoksittir. FLEX deneyi sırasında, gelecekte uzay aracında yangın riskinin azaltılmasına yardımcı olacak karbondioksit ve helyuma dayalı en az yanıcı atmosferi de seçtiler.

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

Canaş Bannikov

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 sıcaklık ve muazzam bir basınç - on milyarlarca paskal. 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 patladığında, normal kömür yanmasından on milyonlarca kat daha hızlı enerji açığa çıkar.Shablovsky 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.

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 birçok kişiyi şaşırtacak şekilde bumerang geri döndü!

Sıfır yerçekiminde başka bir deney

Albert Einstein, uzay uçuşlarından çok önce ilginç bir soru üzerine düşündü: 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 düştü 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'da Sovyet'te test edildi. uzay gemisi Soyuz-8 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.

Sıfır yerçekiminde ateş nasıl yanar? Yanma nedir? Bu Kimyasal reaksiyon salınımlı oksidasyon 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 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 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, ardından NASA'nın Columbia uzay aracında yapıldı ve deney 1996'da 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.