Загадки «космічного» полум'я
Багато з тих, хто дивився культовий американський фільм «Зоряні війни», до сих пір пам'ятають вражаючі кадри з вибухами.
Багато з тих, хто дивився культовий американський фільм «Зоряні війни», до сих пір пам'ятають вражаючі кадри з вибухами, язиками полум'я, що летять на всі боки палаючими уламками ... А чи може така страшна сцена повторитися в реальному космосі? У просторі, повністю позбавленому повітря? Щоб відповісти на це питання, спробуємо розібратися для початку, як буде горіти звичайна свічка на космічній станції.
Кадр з фільму «Зоряні війни. Епізод IV: Нова надія ».
Що таке горіння? Це хімічна реакція окислення з виділенням великої кількості тепла і утворенням розжарених продуктів згоряння. Процес горіння може відбуватися тільки при наявності горючої речовини, кисню і за умови, що продукти окислення будуть відводитися із зони горіння.
Подивимося, як влаштована свічка і що саме в ній горить. Свічка - скручений з бавовняних ниток гніт, залитий воском, парафіном або стеарином. Багато хто думає, що горить сам гніт, але це не так. Горить якраз речовина навколо гнота, точніше, його пари. Гніт ж потрібен для того, щоб розплавився від тепла полум'я віск (парафін, стеа-рин) піднімався по його капілярах в зону горіння.
Щоб перевірити це, можна провести невеликий експеримент. Задуйте свічку і тут же піднесіть запалений сірник в точку вище гніту сантиметра на два-три, туди, де піднімаються вгору пари воску. Від сірника вони спалахнуть, після чого вогонь опуститься на гніт і свічка загориться знову (докладніше див. Досвід).
Отже, горюча речовина є. Кисню в повітрі теж цілком достатньо. А як бути з відводом продуктів згоряння? На землі з цим проблем немає. Повітря, нагріте теплом полум'я свічки, стає менш щільним, ніж навколишній холодний, і піднімається вгору разом з продуктами згорання (вони утворюють язичок полум'я). Якщо ж продукти згоряння, а це вуглекислий газ CO2 і пари води, залишаться в зоні реакції, горіння швидко припиниться. Переконатися в цьому легко: поставте палаючу свічку у високу склянку - вона згасне.
А тепер подумаємо, що ж станеться зі свічкою на космічній станції, де всі предмети знаходяться в стані невагомості. Різниця в щільності гарячого і холодного повітря вже не буде викликати природну конвекцію, і через нетривалий час в зоні горіння не залишиться кисню. Зате утвориться надлишок окису вуглецю (чадного газу) CO. Однак ще кілька хвилин свічка буде горіти, а полум'я придбає форму кулі, навколишнього гніт.
Не менш цікаво дізнатися, якого кольору буде полум'я свічки на космічній станції. На землі в ньому переважає жовтий відтінок, обумовлений світінням розпечених частинок сажі. Зазвичай вогонь горить при температурі 1227-1721 о С. В невагомості ж було помічено, що в міру вичерпання горючої речовини починається «холодну» горіння при температурі 227-527 о С. В цих умовах суміш граничних вуглеводнів в складі воску виділяє водень Н2. який надає полум'я блакитний відтінок.
Нагадаємо, що продукти згоряння на землі - це, як правило, вуглекислий газ і пари води. У невагомості ж, в умовах горіння при низьких температурах, виділяються високотоксичні речовини, в основному чадний газ і формальдегід.
Дослідники продовжують вивчати горіння в невагомості. Можливо, результати цих експериментів ляжуть в основу розробки нових технологій, адже майже все, що робиться для космосу, через деякий час знаходить застосування на землі.
Тепер ми розуміємо, що режисер Джордж Лукас, який зняв «Зоряні війни», все-таки сильно помилився, зображуючи апокаліптичний вибух космічної станції. Насправді вибухнула станція буде виглядати як коротка яскравий спалах. Після неї залишиться величезний блакитний куля, який дуже швидко згасне. А якщо раптом на станції щось загориться по-справжньому, потрібно без зволікання автоматично відключити штучну циркуляцію повітря. І тоді пожежа не трапиться.
Віск - непрозора, жирна на дотик, тверда маса, яка плавиться при нагріванні. Складається зі складних ефірів жирних кислот рослинного і тваринного походження.
Парафін - воскоподобние суміш насичених вуглеводнів.
Стеарин - воскоподобние суміш стеаринової і пальмітинової кислот з домішкою інших насичених і ненасичених жирних кислот.
Природна конвекція - процес теплопередачі, обумовлений циркуляцією повітряних мас при їх нерівномірному нагріванні в поле тяжіння. Коли нижні шари нагріваються, вони стають легше і піднімаються, а верхні шари, навпаки, остигають, стають важчими і опускаються вниз, після чого процес повторюється знову і знову.