У своєму рефераті я розповім докладну теорію з фізики про те, як виникає і протікає горіння деревини, і які процеси при цьому відбуваються. Також я розгляну теорію про вибух і те, чим він відрізняється від горіння з полум'ям. Моя мета роботи - розібратися в механізмі горіння. Мої завдання реферату: зрозуміти те, як і які стадії проходять для самозаймання деревини, що при цьому відбувається (які процеси), зрозуміти, як температура залежить від швидкості горіння або навпаки, з'ясувати, чому при тлінні деревини не виникає вогню, як між собою співвідносяться теплова енергія. виділена в результаті горіння і первинною енергією, витраченої на горіння. Потім я спробую розібратися, чим відрізняється вибух від нормального горіння і чому в деяких випадках відбувається звичайне горіння, а в деяких - вибух.
Колись давно люди вважали вогонь елементом. Але до 1660 році фізики стали активно досліджувати процес горіння і сам вогонь, після чого це припущення було відкинуто.
На сьогоднішній день все речовини діляться на 2 групи: органічні та неорганічні. У неоганіческой хімії речовини діляться на 3 види агрегатних станів: тверде, рідке і газоподібне. У твердої речовини є свої ознаки, наприклад, у твердих речовин є свій обсяг, форма, а при досягненні певної температури тіло починає плавитися і переходити в рідкий стан. Рідка речовина завжди набуває форми посудини, в якому воно знаходиться, звичайно у нього є обсяг і при нагріванні рідкі речовини випаровуються і переходять в газоподібний стан. У газоподібних речовин є обсяг, але немає форми.
Органічна хімія же вивчає сполуки вуглецю з іншими речовинами (органічні сполуки). При нагріванні органічних речовин вони не плавляться. Деревина - органічна речовина, отже, вона не змінює своє агрегатний стан, а тільки обвуглюється. Перетворення твердого речовини в рідке характерно тільки для неорганічних речовин, наприклад, для заліза. При досягненні певної температури він перетворюється в рідкий стан. Тепер розглянемо більш детально горіння органічних речовин. Наприклад, візьмемо деревину. При нагріванні вона не плавитися, т. К. До її складу входить вуглекислий газ, а значить, що при підпалюванні деревини відбувається лише процес окислення, т. Е. Виділяється вуглекислий газ, а сама деревина перетвориться на вугілля. Також при нагеваніі деревини виділяє тепло, енегіі, гази і пари. Весь процес горіння ділиться на 4 стадії. нагрівання, займання, горіння і потім тління.
Розглянемо детально кожну стадію.
Спочатку відбувається окислення, т. Е. Нагрівання деревини до температури займання, але це можливо тільки в тому випадку, якщо всі умови горіння деревини присутні, а саме: наявність кисню, деревини, фактор, за допомогою якого можна підпалити деревину. Потім відбувається займання, виникає вогонь, за допомогою якого деревина віддає тепло. Температура займання, т. Е. Момент спалаху горючих газів для різних порід деревини коливається в порівняно невеликих межах - від 250 до 300 ° С. Деревина загоряється швидше, якщо у неї поверхня не ідеально гладка, тому що тріски загоряються швидше. Так само, ніж легше деревина (т. Е. Чим менше її щільність), тим вона теж швидше зігрітися. Якщо ж в деревині підвищена вологість. то розпалюватися вона буде довше, т. к. буде потрібно час для того, щоб вся волога випарувалася. Наявність диму при нагріванні говорить лише те, що поверхня деревини вже досить прогрілася, і почалося її термічний розклад на газоподібні складові. Білий дим - це не що інше, як продукти термічного розкладання деревини, змішані з парою.
Все тепло передається конвективним методом-нагріте повітря передає своє тепло холодної повехности, а потім тепло передається по всьому об'єму дерева. У цьому поцессе також важлива адсорбційна здатність матеріалу.
Адсорбція - поверхневе поглинання якої-небудь речовини з газоподібного середовища або розчину поверхневим шаром іншої речовини - рідини або твердого тіла. Адсорбція ділиться на хімічну і фізичну. При хімічній адсорбції захоплені частинки перетворюються в хімічні сполуки адсорбата і адсобрента, а при фізичному частки зберігають свої свойст.
Q = # 945; (t # 712; -tп), де # 945; коефіцієнт тепловіддачі, tп- температура поверхні.
Самозаймання є процес низькотемпературного окислення дисперсних матеріалів, що закінчується тлінням або полум'яним горінням. Схильність до самозаймання речовин визначається когось комплексом їх фізико-хімічних властивостей: теплотою згоряння, теплоємністю, теплопровідністю, питомою поверхнею, об'ємною щільністю і усло-виями теплообміну з зовнішнім середовищем. Чим більше тіло, тим швидше і легше відбуваються нагрівання і самозаймання.
Самозаймання можна розділити на 2 механізму: теплове і мікробіологічне.
Теплове самозаймання полягає в наступному - багато тіл взаємодіють з повітрям ще при низькій температурі. Якщо вони можуть накопичувати тепло всередині, то зі вемені температура тіла піднімається, і в результаті воно самозаймається. Таким чином, самозаймання - фізико-хімічний процес, швидкість якого залежить від швидкості обміну кисню з поверхнею тіла і інтенсивності теплообміну тіла і повітря.
Потрапляючи крізь частинки, повітря адсорбцірует з тілом, що і волає повшеніем темпеатури всередині тіла. Значить, для самозаймання важлива пористість тіла і його адсорбційна здатність матеріалу.
Саморазгрев тіла неоднорідний. А значить, що спочатку у тіла спалахує внутрішня частина. Коли вона обвуглюється, зовні тіло залишає свій колишній вигляд. Потім на вугіллі починається обвуглювання, яке викликає полум'яне горіння. Продуктом самозаймання органічних речовин є обвуглювання, значить, варто звернути увагу на особливості загоряння вугілля.
Значну роль при цьому відіграє здатність вугілля адсорбувати пари з навколишнього середовища. При цьому вугілля може нагеться від 650 до 750. Наприклад, при адсорбції 0,01 г Н2О виділиться 22,6 Дж теплової енергії. Прискоренню процесу самозаймання сприяє накопичення тепла, розвинена поверхня, легка займистість і підвищення температури. Так само характерна наявність домішок в речовині.
До мікробіологічному самозаймання схильні, головним чином, матеріали рослинного походження. Вони служать живильним середовищем для бактерій і грибів. У початковій стадії самозаймання вугілля істотні як адсорбція, так і домішки і мікроорганізми.
Здатність вибухати і горіти при контакті з водою, киснем повітря та іншими окислювачами характеризує особливу небезпеку речовин, звану пірофорність. Ця здатність Характе для речовин, здатних самозайматися при температурі нижче навколишнього середовища.
Сам процес горіння завжди супроводжується виділенням різних газів, парів і енегіі в формі тпела і світла. Розглянемо більш докладно, які горючі гази виділяються при процесі горіння. Перш за все виділяються вуглекислий газ і чадний газ. Так само разом з цими газами виділяється вода у вигляді пари. Разом вони і утворюють полум'я.
Чим краще акумуляція речовини, тим при більш низькій температурі відбувається самозаймання. В результаті все тепло накопичується всередині тіла, а потім загоряється.
Але з часом кількість кисню стає менше і полум'я починає потухати. Коли полум'я повністю згасло, починається процес тління, при якому відбувається процес надходження повітря в деревину. Тління - повільний процес окислення, що супроводжується досить низькими температурами. У режимі тління провідним процесом буде горіння твердих продуктів піролізу, але при цьому полум'я не буде присутній, т. К. Не вистачає тепла, щоб випаровуються горючі гази запалали. В результаті, при тлінні відбувається виділення в повітря випарів вуглеводнів (в тому числі смол) і дещо менше, ніж при горінні з полум'ям освіту оксидів. Саме тління відбувається в кінці процесу згоряння деревини, тому що воно може відбуватися тільки при недостатній кількості кисню, значить, під час займання і горіння деревина поглинає більшу частину повітря навколо себе, тим самим обвуглюється всередині, а коли обвуглиться всесь матеріал, то вугілля починають тліти.
Піроліз - розкладання органічних і багатьох неорганічних сполук. А піроліз деревини - розкладання деревини і її органічних речовин при температурі 4500 без проникнення повітря з утворенням рідких і газоподібних речовин.
Якщо розглянути горіння деревини, то це буде виглядати так:
1 Фронт полум'я;
2 тверда деревина;
3 полум'я; горіння різних речовин з деревини (наприклад, вода).
При горінні будь-яких речовин утворюється вуглекислий газ, т. К. Горіння - процес окислення. Так само, при горінні деревини виділяється енергія. Енергія виділяється з деревини у вигляді тепла і світла.
ККД горіння - це співвідношення між тепловою енергією, виділеної в результаті горіння і первинною енергією, витраченої на горіння.
μ = енергія, виділена при горінні / витрачена первинна енергія * 100%.
Первинна енергія дорівнює кількості використаного палива, помножена на його теплотворну здатність. Різниця між витраченої первинної енергією і енергією, отриманої при горінні дорівнює теплової енергії, що міститься в димових газах.
Швидкість горіння залежить від температури (звичайно, ще й від наявності кисню), чим вище швидкість горіння тим більше тепла виділяється, тим більше температура змінюється. Виходить зворотний зв'язок: температура впливає на швидкість - швидкість вляет на температуру. В результаті в деяких випадках відбувається загоряння, в деяких вогонь згасає, в деяких відбувається вибух.
Вибух - фізико-хімічне перетворення речовини, що супроводжується швидким переходом його енергії в енергію стиснення, переміщення вихідних речовин і звуковою хвилею. Вибух складається з трьох стадій:
1) перетворення хімічної енергії реакції в теплову енергію;
2) перетворення теплової енергії в енергію сильно стисненого газу;
3) поширення стиснутого газу у вигляді ударної хвилі.
Основними умовами протікання хімічної реакції у вигляді вибуху є:
1. екзотермічності. Вона обумовлена тим, що міцність зв'язків між атомами в продуктах реакції набагато вище, ніж у вихідних речовинах, тому «зайва» енергія вивільняється. При ендотермічних реакціях ж вибуху не відбувається.
2. образовнія газів. При утворенні газів автоматично підвищується тиск. Так само гази мають дуже великий коефіцієнт об'ємного рас-ширення при нагріванні. Без наявності газів буде відбуватися тільки розігрів речовини.
Єдиної думки про те, які саме хімічні процеси слід вважати вибухом, не існує. Це пов'язано з тим, що високошвидкісні процеси можуть протікати в відедетонаціі або дефлаграції (горіння).
Детонація відрізняється від горіння тим, що хімічні реакції і процес виділення енергії йдуть з утворенням ударної хвилі в реагуючому речовині, і залучення нових порцій вибухової речовини в хімічну реакцію відбувається на фронті ударної хвилі, а не шляхом теплопровідності і дифузії. як при горінні. Як правило, швидкість детонації вище швидкості горіння, однак це не є абсолютним правилом. Різниця механізмів передачі енергії і речовини впливають на швидкість протікання процесів і на результати їх дії на навколишнє середовище, проте на практиці спостерігаються різні поєднання цих процесів і переходи детонації в горіння і назад. У зв'язку з цим зазвичай до хімічних вибухів відносять різні бистропротекающие процеси без уточнення їх характеру.
У висновку можу сказати, що я впоралася зі своїми завданнями і метою. Я розглянула докладно кожну стадію горіння і те, чим відрізняються тління і горіння з полум'ям один від одного, також розібралася з ККД горіння: як між собою співвідносяться теплова енергія, виділена в результаті горіння з первинною енергією, витраченої на горіння. Я розібралася, як температура і швидкість горіння залежать один від одного, і за яких умов може виникнути вибух.
Вікіпедія .// www. wikipedia. ru.