Огонь в невесомости горит совсем не так, как на Земле — Ученые столкнулись со странным явлением
Эксперимент FLEX, проведенный на борту Международной космической станции, дал неожиданные результаты – открытое пламя повело себя совсем не так, как ожидали ученые.
Как любят говорить некоторые ученые, огонь – это древнейший и самый успешный химический эксперимент человечества. Действительно, огонь шел с человечеством всегда: от первых костров, на которых жарили мясо, до пламени ракетного двигателя, который доставил человека на Луну. По большому счету, огонь является символом и орудием прогресса нашей цивилизации.
Разница пламени на Земле (слева) и в условиях невесомости (справа) очевидна. Так или иначе, человечеству вновь придется осваивать огонь – на этот раз в космосе.
Доктор Форман А. Уильямс, (Forman A. Williams), профессор физики в Калифорнийском университете в Сан-Диего, давно работает над изучением пламени. Обычно огонь – это сложнейший процесс тысяч взаимосвязанных химических реакций. Например в пламени свечи углеводородные молекулы испаряются с фитиля, расщепляются под воздействием тепла и соединяются с кислородом, производя свет, тепло, CO2 и воду. Некоторые из углеводородных фрагментов в форме кольцеобразных молекул, называемых полициклическими ароматическими углеводородами, образуют сажу, которая может также сгореть либо превратиться в дым. Знакомую каплевидную форму огоньку свечи придает гравитация и конвекция: горячий воздух поднимается вверх и затягивает в пламя свежий холодный воздух, благодаря чему пламя тянется вверх.
Но, оказывается, в невесомости все происходит иначе. В ходе эксперимента под названием FLEX, ученые изучали огонь на борту МКС, чтобы разработать технологии тушения пожаров в невесомости. Исследователи поджигали небольшие пузыри гептана внутри специальной камеры и смотрели, как ведет себя пламя.
Ученые столкнулись со странным явлением. В условиях микрогравитации, пламя горит по-другому оно образует маленькие шарики. Это явление было ожидаемым, поскольку в отличие от пламени на Земле, в невесомости кислород и топливо встречаются в тонком слое на поверхности сферы, Это простая схема, которая отличается от земного огня. Тем не менее, обнаружилась странность: ученые наблюдали продолжение горения огненных шариков даже после того, как по всем расчетам горение должно было прекратиться. При этом огонь перешел в так называемую холодную фазу – он горел очень слабо, настолько, что пламя невозможно было увидеть. Тем не менее, это было горение, и пламя могло мгновенно вспыхнуть с большой силой при контакте с топливом и кислородом.
Обычно видимый огонь горит при высокой температуре между 1227 и 1727 градусами Цельсия. Гептановые пузыри на МКС также ярко горели при этой температуре, но по мере исчерпания топлива и остывания, началось совсем другое горение — холодное. Оно проходит при относительно низкой температуре 227-527 градусов Цельсия и производят не сажу, CO2 и воду, а более токсичные моноксид углерода и формальдегид.
Похожие типы холодного пламени в лабораториях воспроизводились и на Земле, но в условиях гравитации сам по себе такой огонь неустойчив и всегда быстро затухает. На МКС, однако, холодное пламя может устойчиво гореть несколько минут. Это не очень приятное открытие, так как холодный огонь предоставляет собой повышенную опасность: он легче зажигается, в том числе самопроизвольно, его сложнее обнаружить и, к тому же, он выделяет больше токсичных веществ. С другой стороны, открытие может найти практическое применение, например в технологии HCCI, которая предполагает зажигание топлива в бензиновых моторах не от свечей, а от холодного пламени.
Источник
Как выглядят из космоса пожары в Сибири. Фотогалерея
Республика Саха (Якутия), Томпонский район. 31.07.2019
По данным «Авиалесоохраны», в регионе действует 20 пожаров на территории более 1,4 тыс. га (проводилось активное тушение), а также 113 пожаров на территории более 1,2 млн га (находятся под постоянным наблюдением, но работы по тушению прекращены)
Республика Саха (Якутия). 30.07.2019
Республика Саха (Якутия), Кобяйский улус. 31.07.2019
Красноярский край. 21.07.2019.
По данным «Авиалесоохраны», в Красноярском крае действуют 60 пожаров на территории более 24,3 га (проводилось активное тушение), а также 60 пожаров на территории более 1 млн га (находятся под постоянным наблюдением, но работы по тушению прекращены)
Республика Саха (Якутия). 30.07.2019
Иркутская область. 17.07.2019
По данным «Авиалесоохраны», здесь действуют 67 пожаров на территории более 83,8 тыс. га (проводилось активное тушение), а также 73 пожара на территории более 638,3 тыс. га (находятся под постоянным наблюдением, но работы по тушению прекращены)
Источник
1,5 миллиона гектаров в огне. Как выглядят лесные пожары в Сибири из космоса (видео)
Площадь лесных пожаров в Сибири уже превысила 1,5 млн га – это больше, чем территория Черногории. В Инстаграме Гринпис России появилось видео, как пожары выглядят из космоса.
A post shared by Greenpeace России (@greenpeaceru) on Jul 27, 2019 at 5:05am PDT
Больше всего пострадал Красноярский край: там горит 948,4 тыс. га тайги. В Иркутской области полыхает 581,8 тыс. га, в Бурятии и Забайкалье – 36,8 тыс. га. При этом 90 процентов пожаров никто тушить даже не пытается по экономическим соображениям. Дело в том, что это отдаленные уголки тайги и затраты на борьбу с огнем просто превысят сумму возможного ущерба. Пожары в Сибири спровоцировала жара (температура там держится в районе отметки +30 градусов), а также сухие грозы без дождей. А благодаря сильному ветру огонь быстро распространился по большой территории.
Несмотря на то, что пожары полыхают в отдаленных районах тайги, страдают от них жители сразу нескольких регионов России. Их накрыл дымовой «колпак» площадью более 4,5 млн квадратных километров. Пострадал: Алтайский край, а также Томская, Новосибирская и Кемеровская области. Досталось и соседнему Казахстан: дым накрыл северные регионы страны.
Нет комментариев
Отмена
Читайте также
Видео: наводнение в Керчи. Было перекрыто движение по трассе “Таврида”
17.06.2021 С ночи 17 июня в Керчи затоплен центр города. Потоп спровоцировали мощные дожди. Река Мелек-Чесме вышла из берегов. Из зоны подтоплений эвакуировали 125 человек, для жителей организованы пункты временного.
Томские ученые запатентовали систему раннего обнаружения природных пожаров
17.06.2021 Ученые Томского государственного университета получили патент на систему раннего обнаружения лесных, степных и торфяных пожаров, которая позволяет минимизировать силы и средства на их поиск. Разработка.
Источник
Странное поведение пламени в условиях невесомости
О том, как горит огонь в невесомости, задумывались еще фантасты конца 19 начала 20 веков. Одно из наиболее интересных описаний было дано в романе Александра Беляева «Прыжок в ничто», когда по мнению повара, он столкнулся с тем, что одновременно «отсырели и спички, и газ». Готовить пассажирам космического корабля в романе пришлось на электроплитах.
А Перельман в своей «Занимательной физике» пытался рассмотреть проблему горения огня в космосе с научной точки зрения. Вышло не так и близко к истине. Настоящий ответ на вопрос «Как горит огонь в космосе?» могли дать только реальные эксперименты. И они были проведены. В конце статьи мы приводим видео одного из этих экспериментов.
Первые эксперименты
Первый серьезный эксперимент по изучению горения в условиях невесомости провели наши соотечественники на борту станции «Мир». Для эксперимента использовались восковые свечи. В обычных условиях каждая свеча сгорала примерно за 10 минут, однако в космических условиях это время увеличилось до 3/4 часа. При этом пламя каждой свечи имело голубоватый цвет и было едва заметно, так что его просто не удавалось снять на видеокамеру. Для доказательства процесса горения в район пламени вносились кусочки воска. По их оплавлению и можно было утверждать, что происходит процесс горения.
Этот результат нельзя было назвать неожиданным, так как в условиях невесомости нет постоянного притока кислорода за счет замены более легкого нагретого воздуха, на более плотный холодный. В космосе и холодный, и теплый воздух ничего не весят, поэтому теплый воздух и не стремится вверх. В таких условиях горение возможно исключительно за счет молекулярной диффузии или с помощью принудительной вентиляции.
Эксперименты на МКС
Проводили свои эксперименты по горению на космических челноках и американцы. Они использовали шарики газовой смеси, которые в земных условиях быстро сгорали. А вот в космосе эти шарики горели по несколько часов, причем энергия, выделяемая при сгорании, была настолько мала, что могла фиксироваться только точными приборами.
Наиболее интересным и показательным опытом по горению в космосе оказался эксперимент FLEX, который состоялся в 2011 году на борту Международной космической станции. В специальных камерах поджигались пузырьки гептана и метанола. В земных условиях за счет гравитации и тяги пламя имеет вытянутую вверх структуру, в чем несложно убедиться, если зажечь спичку или свечу.
Однако в условиях микрогравитации огонь, к удивлению ученых, повел себя иначе. Вместо привычной вытянутой формы пламя оказалось шарообразным, причем имело ярко выраженный голубой оттенок. До сих пор все было ожидаемо, поскольку топливо с кислородом в невесомости встречаются в относительно тонком сферическом слое. А затем началось неожиданное — после выгорания кислорода в этом сферическом слое пламя не погасало, как ожидалось, а переходило в стадию холодного горения. В этой стадии огонь горит настолько слабо, что его увидеть невозможно. Однако, стоит доставить к очагу горения кислород и топливо, как пламя вспыхнет с новой силой.
Привычное для нас пламя огня имеет температуру от 1227 до 1727 градусов по Цельсию. При подобном горении выделяются углекислота, вода и сажа.
Стадия холодного горения гептана и метанола, наблюдаемая на МКС, имела температуру от 227 до 527 градусов, при этом выделяются гораздо более токсичные угарный газ (сказывается недостаток кислорода) и формальдегид.
Эксперименты по холодному горению веществ проводились и на Земле, но в условиях гравитации подобное пламя практически не поддерживается. А вот в условиях микрогравитации холодное горение может длиться по несколько минут.
А потом наступило самое неожиданное. После того как основное пламя в камерах сгорания было погашено, пузырьки метанола и гептана могли начать неожиданно самовоспламеняться. Видимых причин для этого не было, внятного объяснения этому явлению ученые не предложили до сих пор.
Источник
masterok
masterok Мастерок.жж.рф
Хочу все знать
Слева — свечка горит на Земле, а справа — в невесомости.
Эксперимент, проведенный на борту Международной космической станции, дал неожиданные результаты – открытое пламя повело себя совсем не так, как ожидали ученые.
Как любят говорить некоторые ученые, огонь – это древнейший и самый успешный химический эксперимент человечества. Действительно, огонь шел с человечеством всегда: от первых костров, на которых жарили мясо, до пламени ракетного двигателя, который доставил человека на Луну. По большому счету, огонь является символом и орудием прогресса нашей цивилизации.
Доктор Форман А. Уильямс, (Forman A. Williams), профессор физики в Калифорнийском университете в Сан-Диего, давно работает над изучением пламени. Обычно огонь – это сложнейший процесс тысяч взаимосвязанных химических реакций. Например в пламени свечи углеводородные молекулы испаряются с фитиля, расщепляются под воздействием тепла и соединяются с кислородом, производя свет, тепло, CO2 и воду. Некоторые из углеводородных фрагментов в форме кольцеобразных молекул, называемых полициклическими ароматическими углеводородами, образуют сажу, которая может также сгореть либо превратиться в дым. Знакомую каплевидную форму огоньку свечи придает гравитация и конвекция: горячий воздух поднимается вверх и затягивает в пламя свежий холодный воздух, благодаря чему пламя тянется вверх.
Но, оказывается, в невесомости все происходит иначе. В ходе эксперимента под названием FLEX, ученые изучали огонь на борту МКС, чтобы разработать технологии тушения пожаров в невесомости. Исследователи поджигали небольшие пузыри гептана внутри специальной камеры и смотрели, как ведет себя пламя.
Ученые столкнулись со странным явлением. В условиях микрогравитации, пламя горит по-другому оно образует маленькие шарики. Это явление было ожидаемым, поскольку в отличие от пламени на Земле, в невесомости кислород и топливо встречаются в тонком слое на поверхности сферы, Это простая схема, которая отличается от земного огня. Тем не менее, обнаружилась странность: ученые наблюдали продолжение горения огненных шариков даже после того, как по всем расчетам горение должно было прекратиться. При этом огонь перешел в так называемую холодную фазу – он горел очень слабо, настолько, что пламя невозможно было увидеть. Тем не менее, это было горение, и пламя могло мгновенно вспыхнуть с большой силой при контакте с топливом и кислородом.
Обычно видимый огонь горит при высокой температуре между 1227 и 1727 градусами Цельсия. Гептановые пузыри на МКС также ярко горели при этой температуре, но по мере исчерпания топлива и остывания, началось совсем другое горение — холодное. Оно проходит при относительно низкой температуре 227-527 градусов Цельсия и производят не сажу, CO2 и воду, а более токсичные моноксид углерода и формальдегид.
Похожие типы холодного пламени в лабораториях воспроизводились и на Земле, но в условиях гравитации сам по себе такой огонь неустойчив и всегда быстро затухает. На МКС, однако, холодное пламя может устойчиво гореть несколько минут. Это не очень приятное открытие, так как холодный огонь предоставляет собой повышенную опасность: он легче зажигается, в том числе самопроизвольно, его сложнее обнаружить и, к тому же, он выделяет больше токсичных веществ. С другой стороны, открытие может найти практическое применение, например в технологии HCCI, которая предполагает зажигание топлива в бензиновых моторах не от свечей, а от холодного пламени.
Этот снимок сделан во время эксперимента по изучению физики горения в специальной 30-метровой башне (2.2-Second Drop Tower) Исследовательского центра имени Джона Гленна (Glenn Research Center), созданной для воспроизведения условий микрогравитации при свободном падении. Многие эксперименты, которые затем были поставлены на космических аппаратах, проходили предварительное тестирование в этой башне, поэтому ее называют «воротами в космос» (“a gateway to space”).
Шарообразная форма пламени объясняется тем, что в условиях невесомости нет восходящего движения воздуха и не происходит конвекция теплых и холодных его слоев, которая на Земле «вытягивает» пламя в форму капли. Пламени для горения не хватает притока свежего воздуха, содержащего кислород, и оно получается меньше и не такое горячее. Привычный для нас на Земле желто-оранжевый цвет пламени вызван свечением частичек сажи, которые поднимаются вверх с горячим потоком воздуха. В невесомости же пламя приобретает голубой цвет, потому что сажи образуется мало (для этого нужна температура более 1000°С), да и та сажа, что есть, из-за более низкой температуры будет светиться только в инфракрасном диапазоне. На верхнем фото в пламени еще присутствует желто-оранжевый цвет, поскольку заснята ранняя стадия воспламенения, когда кислорода еще достаточно.
Исследования горения в условиях невесомости особенно важны для обеспечения безопасности космических аппаратов. Эксперименты по подавлению огня (Flame Extinguishment Experiment, FLEX) уже несколько лет проводят в специальном отсеке на борту МКС. Исследователи воспламеняют небольшие капли топлива (например, гептана и метанола) в контролируемой атмосфере. Маленький шарик топлива горит примерно 20 секунд, окруженный сферой огня диаметром 2,5–4 мм, после чего капля уменьшается пока либо не погаснет пламя, либо не кончится топливо. Самым неожиданным результатом оказалось то, что капля гептана после видимого сгорания перешла в так называемую «холодную фазу» — пламя стало настолько слабым, что его невозможно было увидеть. И всё же это было горение: огонь мог моментально вспыхнуть при взаимодействии с кислородом или топливом.
Как объясняют исследователи, при обычном горении температура пламени колеблется между 1227°С и 1727°С — при этой температуре в эксперименте и был видимый огонь. По мере сгорания топлива начиналось «холодное горение»: пламя остывало до 227–527°С и производило не сажу, углекислый газ и воду, а более токсичные материалы — формальдегид и монооксид углерода. В ходе эксперимента FLEX также подбирали наименее огнеопасную атмосферу на основе углекислого газа и гелия, что поможет в будущем снизить риск возгорания космических аппаратов.
Вот тут мы обсуждали Огонь на православную Пасху, а вот что бывает, когда вместе Масло, огонь и вода. Посмотрите на Огненный вихрь и на Красоту взрыва в гифках
Источник