Студопедия

КАТЕГОРИИ:



Мы поможем в написании ваших работ!

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Мы поможем в написании ваших работ!

Понятие о взрывчатых веществах и взрывных процессах





Классификация химических процессов разложения энергетических материалов

Классификация химических энергетических материалов

Лекция 2, 3

 

В настоящее время известно весьма большое число химических энергетических материалов, отличающихся друг от друга, как по составу, так и по физико-химическим и энергетическим свойствам.

Химические ЭМ классифицируют по различным признакам. Одним из них является назначение:

- военного назначения;

- промышленно-хозяйственного назначения;

- двойного назначения.

Нас будут интересовать ЭМ военного назначения. Наиболее распространенной классификацией таких ЭМ является классификация их по применению.

Классификация ЭМ по этому признаку представлена на рисунке.

Рисунок.

В зависимости от скорости химического превращения (реакции) в энергетических материалах различают три вида:

– горение;

– взрыв;

– детонацию.

Горением называют процесс химического превращения ЭМ, протекающий сравнительно медленно и с переменной скоростью – обычно от долей сантиметра до нескольких метров в секунду.

Скорость горения существенно зависит от внешнего давления. С ростом давления скорость возрастает. На открытом воздухе этот процесс не сопровождается значительным звуковым эффектом или заметным механическим действием. В ограниченном же объеме процесс протекает интенсивнее, характеризуется более или менее быстрым нарастанием давления и способностью газообразных продуктов горения производить работу метания. Примером такого процесса может служить горение пороха в камере орудия

Взрывом называют процесс превращения, протекающий также с переменной скоростью, но измеряемый уже тысячами метров в секунду, и сравнительно мало зависящий от внешних условий.

Процесс характеризуется резким скачком давления в месте взрыва и ударом газов по окружающей среде, вызывающим дробление и сильные деформации предметов на относительно небольших расстояниях.

Характер распространения и действия взрыва на окружающую среду в сильной степени зависит от скорости взрывчатого, превращения ВВ.



Детонация представляет собой взрыв, распространяющийся с постоянной и максимально возможной для данного ВВ и данных условий скоростью.

Скорость детонации является для заданных условий для каждого ВВ определенной константой и одной из важнейших его характеристик. По природе явления детонация не отличается от процесса взрыва, а представляет лишь его стационарную форму. При детонации достигается максимальное разрушительное действие взрыва.

Самораспространение взрыва и детонации происходит путем передачи энергии от слоя к слою волной сжатия (ударной волной). Скорость распространения процесса превышает скорость звука в данном веществе.

 

Рассматривая понятие «взрывчатое вещество» мы в первую очередь обращаем внимание на слово «взрывчатое», которое происходит от корня «взрыв» связано и, следовательно, неразрывно связано с понятием взрыва.

Взрывом называется явление, состоящее в чрезвычайно быстром изменении состояния вещества, сопровождающемся переходом его потенциальной энергии в механическую работу.

Характерным признаком взрыва является резкий скачок давления в среде, окружающей место взрыва. Этот скачок давления служит непосредственной причиной разрушительного действия взрыва, которое обусловливается быстрым расширением газов или паров, существовавших либо до взрыва, либо образовав­шихся при взрыве.

Взрывы могут быть вызваны различными физическими или химическими явлениями. Примерами их могут служить:

– взрывы паровых котлов или баллонов со сжатым газом;

– мощные искровые разряды (молнии);

– соударение тел, движущихся с большими скоростями;

– вулканические явления, землетрясения и др.

Наибольшее применение в технике находят взрывы, связанные с превращениями особых веществ, называемых взрывчатыми веществами (ВВ). Взрывчатые вещества способны под влиянием внешних воздействий к очень быстрым химическим или физическим превращениям с выделением большого количества тепла и образованием сильно нагретых газов.

Известны два типа взрывчатых веществ: химические и ядерные. В современной литературе ВВ часто относят энергетическими материалами.

Взрыв химических ВВ представляет собой быстропротекающую химическую реакцию, в результате которой первоначальное вещество превращается в другие вещества – продукты взрыва. Выделяющаяся при этом энергия является частью внутренней энергии вещества, высвобождаемой в результате перегруппи­ровки атомов молекулы ВВ.

Взрыв ядерных ВВ вызывается либо реакцией деления ядер урана или плутония, либо синтезом ядер легких элементов, например, изотопов водорода.

При ядерных взрывах выделяется энергия, заключенная внутри атомных ядер. Ядерные взрывы отличаются от химических выделением значительно большей энергии, так как основная доля энергии атома сосредоточена внутри его ядра. На долю электронной оболочки атома приходятся значительно меньшие запасы энергии. Так, например, при взрыве 1 кг тротила (химическое ВВ) выделяется энергия 4х105 кгм, а при взрыве 1 кг урана – 9х1012 кгм.

В нашем курсе мы будем рассматривать лишь химические взрывы и ВВ, находящие и в настоящее время широкое применение в авиационных боеприпасах.

Возможность химического взрыва определяется тремя условиями: экзотермичностью реакции (выделение тепла), большой скоростью ее распространения и наличием газообразных продуктов реакции.

Рассмотрим кратко значение каждого из этих условий.

Экзотермичость реакции (выделение тепла) является первым необходимым условием, без которого взрывной процесс вообще невозможен. Взрывная реакция обычно возникает под влиянием внешнего импульса на ограниченном участке вещества. Переход реакции в процесс разложения всего вещества может произойти лишь в том случае, если она будет распространяться по веществу самопроизвольно, что возможно только при постоянном притоке тепла. Взрыв будет происходить если энергия, выделяющаяся при химической реакции в предыдущем слое будет достаточно для инициирования реакции в последующем слое.



Количество тепла, выделяющегося при взрывной реакции, определяет также энергию взрыва, а следовательно, и работу, которую могут совершить продукты взрыва при расширении. Чем больше теплота реакции и скорость ее распространения, тем больше разрушительное действие взрыва. Теплота реакции является критерием работоспособности ВВ и важнейшей их характеристикой. Для современных ВВ, находящих наибольшее применение в технике, теплота взрывчатого превращения лежит в пределах от 900 до 1800 ккал/кг.

Большая скорость процесса является наиболее характерной чертой взрыва, отличающей его от других химических реакций. Взрывной характер реакции разложения ВВ объясняется тем, что эта реакция совершается чрезвычайно быстро. Если 1 кг бензина в моторе автомашины сгорает за 5 – 6 минут, то для взрывчатого разложения 1 кг тротила требуется всего лишь 1 – 2 стотысячных доли секунды. Следовательно, при взрыве энергия выделяется в десятки миллионов раз быстрее, чем при горении обычных топлив. Это обусловливает высокую мощность взрыва и способность к разрушительному действию. По мощности взрывные реакции значительно превосходят реакции горения обычных топлив.

О скорости химического разложения ВВ принято судить на основании величины линейной скорости распространения взрыва по заряду ВВ. Максимальная скорость распространения взрыва для современных ВВ, применяемых в технике, лежит в пределах от 2000 до 9000 м/сек.

Способность ВВ к чрезвычайно быстрому химическому разложению обусловлена особенностями их химической природы. Для уяснения особой природы ВВ сравним две реакции: реакцию горения обычного топ­лива и реакцию разложения ВВ.

В качестве первой реакции рассмотрим горение угля:

С + О2 = СО2 + 402 кДж.

Сущность реакции горения угля состоит в том, что атомы углерода, из которых состоит уголь, соединяются с атомами кислорода воздуха, образуя молекулу углекислого газа. Скорость этой реакции сравнительно невелика, ибо с атомами кислорода соединяются одновременно не все атомы углерода в куске угля, а лишь те, которые находятся на его поверхности и имеют соприкосновение с воздухом. Поэтому горение куска угля происходит параллельными слоями, распространяясь постепенно от наружной поверхности внутрь.

Рассмотрим теперь реакцию взрывчатого разложения тротила:

С6Н2 (NO2)3 СН3 = 2СО + 1,2 СО2 + 3,8 С + 0,6 Н2 + 1,6Н2О +1,4N2 + 0,2NН3

+902 кДж.

По природе эта реакция также является реакцией горения. Из химической формулы тротила С6Н2(NO2)3СН3 видно, что в его молекуле имеются все химические элементы, необходимые для реакции. Поэтому она не нуждается в постороннем кислороде и совершается за счет элементов, составляющих молекулу тро­тила. Возникнув под влиянием внешнего воздействия, она быстро распространяется на весь объем заряда взрывчатого вещества.

Таким образом, способность большинства ВВ к быстрому разложению объясняется наличием в их молекулах всех химических элементов, необходимых для прохождения реакции.

Газообразные продукты взрыва играют роль рабочего тела, которое превращает тепло в механическую работу. Нагретые продукты взрыва, находясь под большим давлением, при расширении наносят удар по окружающей среде и тем самым совершают работу по разрушению или сотрясению среды. При взрыве химических ВВ на 1 л взрывчатого вещества образуется около 1000 л газообразных продуктов. При отсутствии газообразования, даже при выполнении первых двух условий, реакция разложения не носит взрывного характера. Например, простейшей реакцией такого типа является реакция горения термита

2Аl+ Fe2О3 = Аl2О3 + 2Fе + 830 кДж,

протекающая, как правило, без взрыва, несмотря на то, что тепловой эффект реакции является достаточным для нагревания конечных продуктов (Fе, Аl2О3) до температуры 3000°, при которой они находятся в жидком состоянии.

Таким образом, на основании изложенного можно заключить, что взрыв представляет собой совокупность трех факторов: экзотермичности, быстроты процесса и газообразования.

 

 





Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 827; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.004 сек.