Wiele naturalnych procesów w stanie nieważkości zachodzi bardzo różnie. Jak i dlaczego tak się dzieje, warto to zrozumieć.
Jak zachodzi spalanie w grawitacji?
Spalanie to reakcja chemiczna, podczas której zachodzi utlenianie, uwalniana jest duża ilość ciepła, a także produkty spalania. Aby ta reakcja miała miejsce, musi być spełnionych kilka warunków. Ogień wymaga tlenu, substancji łatwopalnej, a także zdolności do usuwania produktów utleniania ze strefy zapłonu.
Aby zrozumieć, jak ten proces zachodzi w znanych warunkach, możesz rozważyć spalenie na przykładzie świecy. Pomoże to w dalszym porównaniu płomienia przy zerowej grawitacji.
Tak więc świeca składa się z bawełnianego knota, a także wosku, parafiny lub stearyny. Uważa się, że płomień powstaje w wyniku zapłonu knota, ale w rzeczywistości tak nie jest. Opary substancji otaczającej ten knot płoną bezpośrednio. Sam wątek jest wymagany w celu skierowania substancji palnej w górę - do strefy spalania.
W ten sposób spełnione są wszystkie warunki: tlen jest w powietrzu, znajduje się substancja palna (wosk), produkty spalania (dwutlenek węgla i para wodna) są usuwane ze strefy. Ten ostatni proces tłumaczy się tym, że podgrzane i mniej gęste powietrze unosi się wyżej niż zimno, a jednocześnie odprowadza produkty spalania. Jeśli na przykład świeca zostanie umieszczona w wysokim pojemniku, przestanie się palić - powietrze ogrzeje to samo wszędzie.
Nieważkie spalanie
Obecność grawitacji przyczynia się do powstawania prądów konwekcyjnych - różnicy między ciepłym a zimnym powietrzem. Unoszące się gorące cząsteczki sadzy emitują blask. Dlatego płomień ma tak wydłużony kształt i można go rozważyć.
W zerowej grawitacji takie przepływy konwekcyjne nie występują. Ponieważ cząsteczki sadzy nie podnoszą się, płomień świecy ma kształt kuli. Po krótkim czasie tlen w strefie spalania świecy skończy się. Zamiast tego powstaje duża ilość tlenku węgla - tlenek węgla. Palenie płomienia będzie kontynuowane przez kilka minut.
Interesująca jest również zmiana koloru płomienia. Pod wpływem grawitacji świeca pali się głównie na żółto z powodu gorącej sadzy. Temperatura spalania wynosi 1227-1721 stopni Celsjusza.
A przy zerowej grawitacji ogień nie ma wystarczającej ilości tlenu, więc obserwuje się tak zwane „zimne” spalanie, którego temperatura wynosi 227 - 527 stopni Celsjusza. Sadza powstaje w małych ilościach, ponieważ wymaga to co najmniej 1000 stopni. W tym przypadku uwalnia się wodór, dzięki czemu płomień przybiera niebieski odcień.
Interesujący fakt: jeśli zapalisz świecę i ustawisz na zdjęciu etapy jej spalania, zauważysz niezwykłe zjawisko. Najpierw zaświeci zwykłym jasnym żółtym kolorem, następnie płomień stanie się pół niebieski, a następnie całkowicie zmieni kolor na niebieski. Tak więc, im mniej tlenu staje się, tym bardziej cienie płomienia.
Badanie zachowania płomienia w zerowej grawitacji ma ogromne znaczenie dla astronautyki. W tym celu naukowcy i badacze przeprowadzają różne eksperymenty. Pomagają poprawić bezpieczeństwo statku kosmicznego i astronautów.
Na przykład eksperymenty przeprowadzane są na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w specjalnym przedziale. Naukowcy podpalili małe kropelki paliwa i obserwowali ich zachowanie. Palenie trwa około 20 sekund. Kula paliwowa jest otoczona ognistą kulą o średnicy 2-4 mm.
Warto zauważyć, że po zakończeniu widocznego spalania pojawia się bardzo „zimno”, co jest bardzo trudne do rozważenia. Ale jeśli dostarczysz tlen lub dodasz paliwo, płomień natychmiast wybuchnie ponownie.
Przy zerowej grawitacji płomień przybiera kształt kuli, ponieważ przepływy konwekcyjne nie pojawiają się z powodu braku grawitacji (w normalnych warunkach gorące powietrze unosi się powyżej zimna). Palenie obserwuje się przez krótki czas. Początkowo płomień ma żółty kolor, ale wkrótce nabiera niebieskawego odcienia, a następnie staje się całkowicie niebieski. Wynika to z faktu, że tlen się kończy, a temperatura spalania znacznie spada - do 227 - 527 stopni Celsjusza. Takie spalanie nazywa się „zimnem”. W takim przypadku powstaje trochę gorącej sadzy i uwalnia się wodór, co powoduje zmianę koloru ognia.