Будет ли гореть свеча в космосе на космическом корабле: Будет ли гореть свеча в условиях невесомости?

Загадки «космического» пламени | Наука и жизнь

Многие из тех, кто смотрел культовый американский фильм «Звёздные войны», до сих пор помнят впечатляющие кадры со взрывами, языками пламени, летящими во все стороны горящими обломками… А может ли такая страшная сцена повториться в реальном космосе? В пространстве, полностью лишённом воздуха? Чтобы ответить на этот вопрос, попробуем разобраться для начала, как будет гореть обычная свечка на космической станции.

Кадр из фильма «Звёздные войны. Эпизод IV: Новая надежда».

Открыть в полном размере

Что такое горение? Это химическая реакция окисления с выделением большого количества тепла и образованием раскалённых продуктов сгорания. Процесс горения может происходить только при наличии горючего вещества, кислорода и при условии, что продукты окисления будут отводиться из зоны горения.


Посмотрим, как устроена свечка и что именно в ней горит. Свечка — скрученный из хлопчатобумажных нитей фитиль, залитый воском, парафином или стеарином. Многие думают, что горит сам фитиль, но это не так. Горит как раз вещество вокруг фитиля, точнее, его пары. Фитиль же нужен для того, чтобы расплавившийся от тепла пламени воск (парафин, стеа-рин) поднимался по его капиллярам в зону горения.


Чтобы проверить это, можно провести небольшой эксперимент. Задуйте свечку и тут же поднесите горящую спичку в точку выше фитиля сантиметра на два-три, туда, где поднимаются вверх пары воска. От спички они вспыхнут, после чего огонь опустится на фитиль и свечка загорится снова (подробнее см. опыт).


Итак, горючее вещество есть. Кислорода в воздухе тоже вполне достаточно. А как быть с отводом продуктов сгорания? На земле с этим проблем нет. Воздух, нагретый теплом пламени свечи, становится менее плотным, чем окружающий его холодный, и поднимается вверх вместе с продуктами сгорания (они образуют язычок пламени). Если же продукты сгорания, а это углекислый газ CO2 и пары воды, останутся в зоне реакции, горение быстро прекратится. Убедиться в этом легко: поставьте горящую свечку в высокий стакан — она погаснет.


А теперь подумаем, что же произойдёт со свечкой на космической станции, где все предметы находятся в состоянии невесомости. Разница в плотности горячего и холодного воздуха уже не будет вызывать естественную конвекцию, и через непродолжительное время в зоне горения не останется кислорода. Зато образуется избыток окиси углерода (угарного газа) CO. Однако ещё несколько минут свеча будет гореть, а пламя приобретёт форму шара, окружающего фитиль.


Не менее интересно узнать, какого цвета будет пламя свечи на космической станции. На земле в нём преобладает жёлтый оттенок, обусловленный свечением раскалённых частиц сажи. Обычно огонь горит при температуре 1227—1721оС. В невесомости же было замечено, что по мере исчерпания горючего вещества начинается «холодное» горение при температуре 227—527оС. В этих условиях смесь предельных углеводородов в составе воска выделяет водород Н2, который придаёт пламени голубоватый оттенок.


А зажигал ли кто-нибудь настоящие свечи в космосе? Оказывается, зажигали — на орбите. Впервые это было сделано в 1992 году в экспериментальном модуле космического корабля «Spece Shattle», затем в космическом корабле NASA «Колумбия», в 1996 году опыт повторили на станции «Мир». Конечно, этой работой занимались не из простого любопытства, а для того, чтобы понять, к каким последствиям может привести пожар на борту станции и как с ним бороться.


С октября 2008-го по май 2012 года подобные эксперименты проводились по проекту NASA на Международной космической станции. На этот раз космонавты исследовали горючие вещества в изолированной камере при разных давлениях и разном содержании кислорода. Тогда и было установлено «холодное» горение при низких температурах.


Напомним, что продукты сгорания на земле — это, как правило, углекислый газ и пары воды. В невесомости же, в условиях горения при низких температурах, выделяются высокотоксичные вещества, в основном угарный газ и формальдегид.


Исследователи продолжают изучать горение в невесомости. Возможно, результаты этих экспериментов лягут в основу разработки новых технологий, ведь почти всё, что делается для космоса, через некоторое время находит применение на земле.


Теперь мы понимаем, что режиссёр Джордж Лукас, снявший «Звёздные войны», всё-таки сильно ошибся, изображая апокалиптический взрыв космической станции. На самом деле взорвавшаяся станция будет выглядеть как короткая яркая вспышка. После неё останется огромный голубоватый шар, который очень быстро погаснет. А если вдруг на станции что-то загорится по-настоящему, нужно без промедления автоматически отключить искусственную циркуляцию воздуха. И тогда пожар не случится.

***

Воск — непрозрачная, жирная на ощупь, твёрдая масса, которая плавится при нагревании. Состоит из сложных эфиров жирных кислот растительного и животного происхождения.


Парафин — воскоподобная смесь насыщенных углеводородов.


Стеарин — воскоподобная смесь стеариновой и пальмитиновой кислот с примесью других насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.


Естественная конвекция — процесс теплопередачи, обусловленный циркуляцией воздушных масс при их неравномерном нагревании в поле тяготения. Когда нижние слои нагреваются, они становятся легче и поднимаются, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова.

Будет ли гореть свеча в невесомости? (Реферат)

Содержание:

  1. Невесомость
  2. Пламя в невесомости
  3. Заключение
Предмет:Физика
Тип работы:Реферат
Язык:Русский
Дата добавления:23.10.2019

 

 

 

 

 

  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

 

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

Введение:

Невесомость это состояние тела, в котором его вес меньше силы гравитации, с которой оно притягивается к Земле.

Слово «невесомость» происходит от слов «нет веса», о чем говорит нам определение этого термина. Невесомость почти всегда означает, что тело падает и падает свободно. Если вы повесите нагрузку на динамометр, а затем отпустите систему, чтобы она упала, вы увидите, что показания динамометра равны нулю, поскольку нагрузка больше не действует на подвеску. 

Невесомость

Термин невесомость часто используется в контексте пространства. Это связано с тем, что космические корабли тоже падают на Землю, но пролетают мимо, поскольку Земля движется с большой скоростью. Чтобы объект не упал на Землю, ему нужно набрать определенную скорость. Эта скорость называется первой космической скоростью, и она приблизительно равна 8000 метров в секунду. Когда тело достигает его, оно никогда не упадет на Землю и станет искусственным спутником Земли. Таким образом, если вы разгоняете любое тело до скорости 8 км / с, то оно становится спутником Земли. 

Скорость, с которой объект становится искусственным спутником Солнца, называется второй космической скоростью и приблизительно равна 11 200 метрам в секунду. Когда тело ускоряется до этой скорости, оно падает в магнитное поле Солнца, и звезда становится центром орбиты спутника. Если скорость тела превысит 16 700 метров в секунду, то он покинет Солнечную систему. Эта скорость называется третьей космической скоростью. 

Но состояние невесомости встречается не только в космосе, но и в повседневной жизни. Например, когда вы спускаетесь в лифте, ваш вес становится меньше силы тяжести, с которой вы притягиваетесь к Земле, то есть вы находитесь в состоянии невесомости.  

Невесомость это физическое состояние, в котором нет давления на тело, и силы остаются только под действием силы тяжести.

Одной из характерных черт состояния невесомости является отсутствие массы тела. Это также происходит от недостатка давления. В повседневной жизни принято называть вес тела, и из-за ошибок в использовании терминов некоторые считают, что тело ничего не весит в невесомости, не имеет массы. Это неправда. Масса это скалярная величина, которая изменяется только при изменении физической конфигурации тела. В то время как вес это сила, которая характеризует, как тело отталкивается от опоры под действием силы тяжести. А поскольку в невесомости нет давления, нет веса и пропорциональной реакции опоры (или подвески), которые вместе образуют на Земле то, что человек воспринимает как «вес». 

Одним из способов достижения невесомости является компенсация силы тяжести с помощью другой силы. Часто эта сила является силой инерции, возникающей при ускоренном движении тела. Давайте рассмотрим несколько случаев, когда возникает невесомость. 

Первый такой случай это падающий (или просто движущийся с определенным ускорением) автомобиль лифта. В стационарной кабине пассажир нажимает на опору пол с силой, равной его весу. Сила гендерного ответа примерно равна ему. Но когда автомобиль начинает двигаться с ускорением в направлении, параллельном вектору гравитации (то есть вниз), возникает сила инерции, которая создает эффект невесомости в пространстве внутри автомобиля, который также распространяется на пассажира. Однако говорить о невесомости как о самостоятельном явлении несколько неправильно: оно может существовать только в присутствии человека или любого другого объекта, который имеет вес и может повлиять на опору или подвеску. Нечто подобное происходит в кабине самолета, что резко меняет направление, но в обоих случаях невесомость может возникнуть всего за несколько секунд. 

Самый очевидный пример невесомости это пространство, как пространство внутри космической станции. Здесь это также обеспечивается силой инерции, но причина ее возникновения не столь очевидна. Станция совершает постоянное движение вдоль орбиты Земли с развитым ускорением при входе в нее, как будто совершает постоянное «падение», в результате которого появляется невесомость неспособность тел оказывать давление на опору. 

Пламя в невесомости

На Земле из-за гравитации возникают конвекционные потоки, которые определяют форму пламени. Они поднимают частицы горячей сажи, которые испускают видимый свет. Благодаря этому мы видим пламя. В невесомости конвекционные потоки отсутствуют, частицы сажи не поднимаются, и пламя свечи принимает сферическую форму. Поскольку материал свечи представляет собой смесь насыщенных углеводородов, они выделяют водород при сжигании, который горит синим пламенем. Ученые пытаются понять, как и почему огонь распространяется в невесомости. Исследование пламени в невесомости необходимо для оценки огнестойкости космического корабля и при разработке специальных средств пожаротушения.

Таким образом, безопасность астронавтов и транспортных средств может быть обеспечена. В условиях невесомости многие физические процессы протекают иначе, чем на Земле, и сгорание не является исключением. Пламя в невесомости ведет себя совершенно иначе, приобретая сферическую форму. На фотографии показано сгорание капли этилена в воздухе в условиях микрогравитации. Эта фотография была сделана во время эксперимента по изучению физики горения в специальной 30-метровой башне (2,2-секундная башня падения) в исследовательском центре Джона Гленна (Research Center Glenn), созданном для моделирования условий микрогравитации в условиях свободного падения. Многие эксперименты, которые затем проводились на космическом корабле, были предварительно испытаны в этой башне, поэтому ее называют «воротами в космос». 

Сферическая форма пламени объясняется тем, что в условиях невесомости не происходит восходящего движения воздуха и не происходит конвекция его теплых и холодных слоев, что на Земле «притягивает» пламя в форме капли. Пламя для горения не имеет достаточного количества свежего воздуха, содержащего кислород, и оно оказывается меньше и не таким горячим. Желто-оранжевый цвет пламени, знакомый нам на Земле, обусловлен жаром частиц сажи, поднимающихся с горячим потоком воздуха.

В невесомости пламя приобретает синий цвет, потому что образуется мало сажи (для этого требуется температура более 1000 ° C), и сажа, которая из-за более низкой температуры, будет светиться только в инфракрасном диапазоне. На верхнем фото желто-оранжевый цвет все еще присутствует в пламени, поскольку ранняя стадия воспламенения фиксируется, когда еще остается достаточно кислорода. 

Исследования горения в невесомости особенно важны для обеспечения безопасности космических аппаратов. Уже несколько лет эксперименты по пожаротушению (FLEX) проводятся в специальном отсеке на борту МКС. Исследователи поджигают небольшие капли топлива (например, гептан и метанол) в контролируемой атмосфере. Небольшой шарик топлива горит около 20 секунд, окруженный огненной сферой диаметром 2,5–4 мм, после чего падение уменьшается, пока не погаснет пламя или не закончится топливо.

Заключение

Самым неожиданным результатом было то, что капля гептана после видимого сгорания перешла в так называемую «холодную фазу» пламя стало настолько слабым, что его было невозможно увидеть. И все же он горел: огонь мог мгновенно вспыхнуть при взаимодействии с кислородом или топливом. 

Как объясняют исследователи, при нормальном сгорании температура пламени колеблется между 1227 ° C и 1727 ° C при этой температуре в эксперименте произошел видимый пожар.

Когда топливо сгорело, началось «холодное сгорание»: пламя охладилось до 227–527 ° C и давало не сажу, углекислый газ и воду, а более токсичные материалы формальдегид и окись углерода. FLEX эксперимент также выбран наименее горючая атмосфера на основе диоксида углерода и гелий, который поможет уменьшить риск космических пожаров в будущем. 

 

Инженерная школа Массачусетского технологического института | » Как горит спичка в космическом корабле?

Как горит спичка в космическом корабле?

В маленьком шарике и очень медленно…

Автор Sarah Jensen

Когда женщины династии Северная Ци создали первые элементарные спички из сосновых палочек и серы, чтобы обогревать свои дома и готовить, они не обеспокоены тем, как их изобретение будет работать за пределами их деревень. Пройдет еще 1384 года, прежде чем первый человек отправится в космос — достаточно времени, чтобы подумать, как там может вести себя пламя.

Зажигание спички происходит почти так же, как и в 577 году нашей эры, будь то в Северной Ки, штат Индиана, или внутри Международной космической станции, говорит Аарон Джонсон, кандидат наук в области аэронавтики и астронавтики и Лаборатории человеко-транспортных средств. Ингредиентами, необходимыми для возгорания, являются кислород, топливо и тепло. «Кислород находится в атмосфере, а топливо — это деревянная палка, сера и окислители в спичечной головке», — говорит он. «Тепло обеспечивается трением, возникающим при ударе спички о поверхность».

Однако после того, как спичка зажжется, процесс горения на космической станции будет происходить немного по-другому из-за движения горячего воздуха в условиях микрогравитации. («Гравитация существует внутри космического корабля, но никто на борту — включая астронавтов и свечи — не может почувствовать ее действие», — объясняет Джонсон. ) поскольку он менее плотный, чем холодный воздух, он поднимается вверх. В процессе конвекции потоки воздуха поднимают пламя вверх, создавая его знакомую каплевидную форму. Одновременно холодный воздух втягивается в пустоту у фитиля за счет диффузии, снабжая пламя кислородом, необходимым для горения.

В условиях нулевой или микрогравитации тепло пламени менее плотное, чем холодный воздух, но оно не поднимается. Без движения молекул воздуха пламя принимает форму шара — и будет гореть довольно долго. «Диффузия медленнее конвекции в условиях микрогравитации, поэтому скорость сгорания ниже, чем на поверхности Земли», — говорит Джонсон. «В космосе для поддержания пламени требуется меньше кислорода, и оно будет гореть дольше, потому что кислород расходуется медленнее».

Зажигание спичек в космическом корабле может показаться не самым лучшим занятием в свете множества вопросов о том, как горят материалы, на которые пока нет ответов, но именно поэтому НАСА занимается экспериментами по воспламеняемости. С 2009 года, его эксперимент по тушению пламени (FLEX) на борту Международной космической станции исследовал поведение огня в условиях микрогравитации. «Изучая свечи и пламя в космосе, мы можем узнать, как работает горение в различных условиях», — говорит Джонсон. «Мы знаем, что традиционный огнетушитель в космосе создает воздушные потоки, которые только подпитывают огонь и ускоряют процесс горения, и эти исследования помогут нам разработать лучшие огнетушители для использования в космических кораблях».

Окружающая среда за пределами космического корабля создает свои собственные проблемы для создания уютного огня. «На Марсе, например, атмосфера в основном состоит из углекислого газа, — говорит Джонсон. «Горючее и окислитель в спичечной головке могут вызвать возгорание кончика, но ненадолго из-за нехватки кислорода». А при полном отсутствии на Луне атмосферы спичка вообще не может загореться — достаточное объяснение того, почему Нил Армстронг не отпраздновал свой выход на лунную поверхность ужином при свечах.

Спасибо Иисусу из Мехико за этот вопрос.

Опубликовано: 12 февраля 2013 г.

Холодное диффузионное пламя может означать чистое топливо будущего

Провод SYFY

Syfy Insider Exclusive

Создайте бесплатный профиль, чтобы получить неограниченный доступ к эксклюзивным видео, лотереям и многому другому!

Зарегистрируйтесь бесплатно для просмотра

Автор
Элизабет Рейн

Авторы и права: НАСА

В космосе все время что-то загорается (кто-нибудь из сверхновых?), но на самом деле поджечь что-то в условиях микрогравитации — это совершенно другое явление.

Сферическое холодное диффузионное пламя или «холодное пламя» — это новый класс пламени, который недавно случайно появился в эксперименте на МКС. Это пламя существовало только теоретически до последнего десятилетия. Хотя они были воспроизведены на Земле с большим трудом, это первый раз, когда эти призраки горячего пламени были действительно замечены горящими газообразным топливом, чего никогда не было достигнуто ни на твердой земле, ни в космосе. Они почти остались незамеченными, пока настройка разрешения видеопотока не показала что-то неожиданное.

В рамках проекта «Исследование холодного пламени с газами» (CFI-G), возглавляемого инженером по пожарной безопасности Питером Сандерлендом из Университета Мэриленда, в течение шести месяцев предпринимались попытки зажечь горячее диффузионное пламя в условиях невесомости, но ни одна из них не привела к охлаждать диффузионное пламя после того, как оно погаснет. «Холодное диффузионное пламя требует очень низких скоростей газа, потому что химия очень медленная», — говорит Сандерленд SYFY WIRE. «На Земле даже пламя свечи развивает скорость в сто раз большую из-за плавучести. Недавно мы наблюдали на Земле прохладное диффузионное пламя, но для этого нужны такие трюки, как подогрев воздуха и добавление озона».

Авторы и права: НАСА

Итак, насколько холоднее это пламя, чем обычное земное пламя? Это зависит от того, что вы называете «крутым». Горячее диффузионное пламя, похожее на то, что вы видите, когда зажигаете свечу, горит примерно при 3100 градусов по Фаренгейту. Холодное пламя по сравнению с ним — это холод на 900 градусов по Фаренгейту. В отличие от пламени, которое толкает и притягивает гравитация Земли, создавая эффект мерцания, пламя в космосе остается неподвижным, потому что на него почти не действует гравитация. Они также не производят копоти. Несмотря на то, что они не могут гореть сами по себе, в конечном итоге они могут стать той искрой, благодаря которой автомобильные и ракетные двигатели лучше горят.

После того, как горячее пламя было потушено, на камере, сообщающейся с Землей, ничего не было видно. Самая чувствительная камера, которая снимала, все еще не могла уловить холодное пламя, пока аспирант Университета Мэриленда Минхьен Ким не заметил, что, несмотря на то, что на экране ничего не появляется, данные показывают, что что-то излучает тепло. Горячее пламя было зажжено н-бутаном, разбавленным азотом, и окислителем из 40% азота в кислороде. «Сандерленд» выбрал это топливо не просто так.

«Эта конкретная смесь подходила для охлаждения диффузионного пламени, потому что молекула бутанового топлива относительно велика, концентрация кислорода велика, а давление высокое», — говорит он. «Ни в одном из наших других тестов не было такого идеального сочетания условий».

Оказалось, что существует 3-секундная задержка между погасанием горячего диффузионного пламени и началом холодного диффузионного пламени. Во время этой задержки не производилось никакого тепла и не было видно пламени. Холодное пламя после этого едва стало видно. Когда студент-механик Университета Мэриленда Кендил Уодделл настроил видеопоток, фантомы горячего пламени снова воспламенили топливо в виде холодного пламени и снова начали выделять тепло. Проблема заключалась в том, что они были вдвое меньше горячего пламени и в десять раз меньше по яркости и жару.

Авторы и права: НАСА

Холодное диффузионное пламя светится голубым, а голубое пламя — каким бы горячим оно ни было — не загрязняет воздух и не засоряет двигатели скопившейся сажей. Ракетное топливо в конечном итоге может быть создано из водорода и кислорода, доступных в космосе, но технологии пока нет. Та ароматическая свеча, которую вы можете зажечь, иногда производит минимальное количество сажи (хотя большая ее часть поглощается пламенем при горении). Модернизированные двигатели с компрессией могут стать следующей вещью на дороге, потому что, хотя дизельные двигатели используют компрессию, они выбрасывают слишком много загрязняющих веществ.

«Сегодняшние бензиновые двигатели воспламеняются от искры, но пробег у них плохой», — говорит Сандерленд. «Если бы бензиновые двигатели могли воспламеняться от сжатия, это обеспечило бы идеальное сочетание хорошего пробега и чистых выбросов. Многие пытались, но ни у кого не получилось. Холодное диффузионное пламя может быть недостающим звеном».