Що таке вибух?

Вибух – фізичний або / та хімічний бистропротекающій процес з виділенням значної енергії в невеликому обсязі (у порівнянні з кількістю виділяється енергії), що приводить до ударних, вібраційних і тепловим впливам на навколишнє середовище і високошвидкісного розширенню газів.

Розрізняються вибухи двох типів. До першого типу відносять вибухи, зумовлені вивільненням хімічної або ядерної енергії вибуху, наприклад вибухи хімічних вибухових речовин, сумішей газів, пилу та (або) парів, а також ядерні та термоядерні вибухи.

При вибухах другого типу виділяється енергія, отримана від зовнішнього джерела. Приклади подібних вибухів – потужний електричний розряд в середовищі (в природі – блискавка під час грози); випаровування металевого провідника під дією струму великої сили; вибухи при впливі на речовину деяких випромінювань великої щільності енергії, наприклад сфокусованого лазерного випромінювання; раптове руйнування оболонки зі стисненим газом .

Вибухи першого типу можуть здійснюватися ланцюговим або тепловим шляхом. Ланцюгової вибух відбувається в умовах, коли в системі виникають у великих концентраціях активні частинки (атоми і радикали в хімічних системах, нейтрони – в ядерних), здатні викликати розгалужену ланцюг перетворень неактивних молекул або ядер. У дійсності не всі активні частинки викликають реакцію, частина їх виходить за межі обсягу речовини. Так як число йдуть з обсягу активних частинок пропорційно поверхні, для ланцюгового вибуху існує так звана критична маса, при якій число знову утворюються активних частинок ще перевищує число уходящих.

Виникненню ланцюгового вибуху сприяє стиснення речовини, так як при цьому зменшується поверхню. Зазвичай ланцюгової вибух газових сумішей реалізують швидким збільшенням критичної маси при збільшенні обсягу посудини або підвищенням тиску суміші, а вибухи ядерних матеріалів – швидким з'єднанням декількох мас, кожна з яких менше критичної, в одну масу, більшу критичної.

Тепловий вибух виникає в умовах, коли виділення тепла в результаті хімічної реакції в заданому обсязі речовини перевищує кількість тепла, що відводиться через внешнею поверхню, що обмежує цей об'єм, в навколишнє середовище за допомогою теплопровідності. Це призводить до саморозігріву речовини аж до його самозаймання та вибуху.

При вибуху будь-якого типу відбувається різке зростання тиску речовини, навколишнє вогнище вибуху середу відчуває сильне стиснення і приходить в рух, який передається від шару до шару, – виникає вибухова хвиля. Стрибкоподібна зміна стану речовини (тиску, щільності, швидкості руху) на фронті вибухової хвилі, що розповсюджується зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку в середовищі, являє собою ударну хвилю. Закони збереження маси та імпульсу пов'язують швидкість фронту хвилі, швидкість руху речовини за фронтом, стисливість і тиск речовини. Тому, щоб визначити всі механічні параметри вибухової хвилі, досить виміряти експериментально-небудь два з них (зазвичай швидкості фронту і руху речовини за фронтом).

Для вибухових хвиль з тиском на фронті, що не перевищує кілька ГПа, існують методи прямого визначення тиску і стисливості. Розроблено також методи визначення немеханічних параметрів хвилі – електричної провідності речовини за фронтом і т.п.

Руйнівний вплив вибуху на навколишні об'єкти обумовлено вибуховою хвилею. Тиск речовини на фронті хвилі в міру її віддалення від місця вибуху падає; відстань, на якій вибухові хвилі надають однаковий вплив, збільшується пропорційно кубічному кореню з кількості енергії, що виділяється при вибухах.

Вибухи використовують у будівництві, гірничій справі, металообробці. У наукових дослідженнях вибухи застосовують для вивчення властивостей речовин в широкій області параметрів стану – від розріджених газів до рідин і твердих тіл. При цьому досягають таких параметрів, які недоступні при інших методах впливу, наприклад тиску порядка тисяч ГПа.

Внаслідок величезних швидкостей навантаження при цьому може виникати нерівноважний стан речовини з утворенням збуджених станів молекул. Особливо значні ефекти спостерігаються в зоні ударного стрибка, ширина якої ~ 10 нм, оскільки час дії на речовину ударного стрибка становить 10-12 -10-13 с, що відповідає часам внутрішньомолекулярних коливань. Під дією ударного стрибка спочатку різко збільшується енергія поступального руху молекул, яка потім розподіляється по внутрішніх ступенях свободи. У результаті відбувається розрив хімічних зв'язків, відповідних максимальним частотами коливань, і виявляються можливими взаємодії, які іншими способами реалізувати важко або зовсім неможливо. Зокрема, відбуваються хімічні реакції з утворенням продуктів, специфічних тільки для цього типу дії на речовину. Так, деякі сполуки в порівняно слабких ударних хвилях, коли тиск не перевищує 1,5 ГПа, а температура 200 ° С, зазнають часткове розкладання з руйнуванням бензольного кільця, тоді як в статичних умовах бензольні кільце зберігається при таких же тисках і набагато більш високих температурах .

Під впливом ударних хвиль, що утворюються при вибуху, спостерігається полімеризація з великими швидкостями, за часи порядку 10-6 с, причому в відсутність каталізаторів. Активні частинки, провідні процес, утворюються в результаті деструкції частини молекул мономеру в зоні ударного стрибка. Так, при звичайній полімеризації тріоксана, маса утворюється полімеру не перевищує 150 тисяч, тоді як при вибуху отримують полімери з молекулярною масою до 1,3 млн. Тверді крихкі матеріали дробляться під дією ударних хвиль до частинок розміром в декілька мкм з великим числом кристалічних дефектів і , отже, більш високою реакційною здатністю і спікливістю (при дробленні в млинах число дефектів в частинках, як правило, зменшується).

Промислове значення набуло використання вибуху для синтезу надтвердих матеріалів (наприклад, алмазів, NiB), створення нових композиційних матеріалів, одержуваних зварюванням металів, пресуванням та іншого, обробки традиційних матеріалів (наприклад, сталей) з метою суттєвого покращення їх експлуатаційних властивостей (твердості, зносостійкості) .

Джерела інформації:

  • ru.wikipedia – вибух. Класифікація вибухів;
  • dic.academic – вибух;
  • cultinfo.ru – определнной вибуху;
  • edudic – вибух. Хімічна енциклопедія;
  • slovari.yandex – вибух в енциклопедіях;
  • belkmk.narod.ru – вибух.

Category: Наука та освіта

Comments (Прокоментуй!)

There are no comments yet. Why not be the first to speak your mind.

Leave a Reply