Experimentul, efectuat la bordul Stației Spațiale Internaționale, a dat rezultate neașteptate - flacăra deschisă s-a comportat cu totul altfel decât se așteptau oamenii de știință.
După cum le place unii oameni de știință, focul este cel mai vechi și de succes experiment chimic al umanității. Într-adevăr, focul a dus întotdeauna cu omenirea: de la primele focuri, pe care se prăjeau carnea, până la flacăra unui motor de rachetă care a adus o persoană pe Lună. În general, focul este un simbol și un instrument al progresului civilizației noastre.
Dr. Forman A. Williams, profesor de fizică la Universitatea din California, San Diego, are o lungă istorie a cercetării flăcărilor. Incendiul este de obicei un proces complex de mii de reacții chimice interconectate. De exemplu, într-o flacără de lumânare, moleculele de hidrocarburi se evaporă de pe fitil, se descompun când sunt expuse la căldură și se combină cu oxigenul pentru a produce lumină, căldură, CO2 și apă. Unele dintre hidrocarburile sub formă de molecule sub formă de inel, numite hidrocarburi aromatice policiclice, formează funingine, care se pot arde sau se pot transforma în fum. Forma de lacrimă familiară a lumânării este dată de gravitație și convecție: aerul cald se ridică în sus și atrage aer rece proaspăt în flacără, trăgând astfel flacăra în sus.
Dar se dovedește că, în gravitație zero, totul se întâmplă diferit. Într-un experiment numit FLEX, oamenii de știință au studiat focul la bordul ISS pentru a dezvolta tehnologii pentru stingerea incendiilor cu gravitație zero. Cercetătorii au aprins mici bule de heptan în interiorul unei camere speciale și au urmărit cum s-au comportat flăcările.
Oamenii de știință se confruntă cu un fenomen ciudat. În microgravitate, flacăra arde diferit, formând bile mici. Acest fenomen era de așteptat, deoarece, spre deosebire de o flacără de pe Pământ, în greutate zero, oxigenul și combustibilul se întâlnesc într-un strat subțire pe suprafața unei sfere. Aceasta este o schemă simplă care diferă de focul pământesc. Cu toate acestea, un lucru ciudat a fost descoperit: oamenii de știință au observat continuarea arderii bilelor de foc chiar și după ce, conform tuturor calculelor, arderea ar fi trebuit să se oprească. În același timp, focul a trecut în așa-numita fază rece - a ars foarte slab, atât de mult încât nu a putut fi văzută flacăra. Cu toate acestea, ardea și flacăra putea izbucni instantaneu cu o forță mare la contactul cu combustibilul și oxigenul.
De obicei, focul vizibil arde la temperaturi ridicate între 1227 și 1727 grade Celsius. De asemenea, bulele de heptan de pe ISS au ars puternic la această temperatură, dar pe măsură ce combustibilul s-a epuizat și s-a răcit, a început o combustie complet diferită - rece. Are loc la o temperatură relativ scăzută de 227-527 grade Celsius și nu produce funingine, CO2 și apă, ci monoxidul de carbon și formaldehida mai toxice.
Tipuri similare de flăcări reci au fost reproduse în laboratoarele de pe Pământ, dar în condiții de gravitație, un astfel de foc în sine este instabil și întotdeauna se stinge rapid. Cu toate acestea, pe ISS, o flacără rece poate arde constant timp de câteva minute. Aceasta nu este o descoperire foarte plăcută, deoarece focul rece prezintă un pericol crescut: se aprinde mai ușor, inclusiv spontan, este mai dificil de detectat și, în plus, eliberează mai multe substanțe toxice. Pe de altă parte, descoperirea poate găsi o aplicație practică, de exemplu, în tehnologia HCCI, care implică aprinderea combustibilului în motoarele pe benzină nu de la lumânări, ci de la o flacără rece.
Video promotional:
Această imagine a fost realizată în timpul unui experiment pentru a studia fizica combustiei într-un turn special de 30 de metri (2,2 secunde Turn Tower) al Centrului de Cercetare John Glenn (Glenn Research Center), creat pentru a simula condițiile de microgravitate în cădere liberă. Multe experimente care au fost apoi efectuate pe nave spațiale au fost testate preliminar în acest turn, de aceea este numit „o poartă către spațiu”.
Forma sferică a flăcării se explică prin faptul că în condiții de gravitație zero nu există o mișcare ascendentă a aerului și nu are loc convecția straturilor sale calde și reci, care pe Pământ „trage” flacăra într-o formă de picătură. Flacăra pentru ardere nu are suficient aer proaspăt care conține oxigen și se dovedește a fi mai mică și nu la fel de caldă. Culoarea galben-portocalie a flăcării cunoscută pentru noi pe Pământ este cauzată de strălucirea particulelor de funingine care se ridică în sus cu un curent de aer fierbinte. Cu o gravitație zero, flacăra capătă o culoare albastră, deoarece se formează mică funingine (aceasta necesită o temperatură mai mare de 1000 ° C), iar funinginea, care este, datorită temperaturii mai scăzute, va străluci numai în domeniul infraroșu. În fotografia de sus, culoarea galben-portocaliu este încă prezentă în flacără, deoarece stadiul incipient al aprinderii este capturat atunci când există încă suficient oxigen.
Investigațiile privind arderea în greutate zero sunt deosebit de importante pentru asigurarea siguranței navelor spațiale. De câțiva ani încoace, s-au desfășurat experimente FLEX (Extinctie Extinctie) (FLEX) într-un compartiment special la bordul ISS. Cercetătorii aprind picături mici de combustibil (cum ar fi heptanul și metanolul) într-o atmosferă controlată. O bilă mică de combustibil arde aproximativ 20 de secunde, înconjurată de o sferă de foc cu un diametru de 2,5–4 mm, după care căderea scade până când flacăra se stinge sau combustibilul se stinge. Cel mai neașteptat rezultat a fost că o picătură de heptan, după o combustie vizibilă, a trecut în așa-numita „fază rece” - flacăra a devenit atât de slabă încât a fost imposibil de văzut. Și totuși, ardea: focul putea izbucni instantaneu când interacționezi cu oxigenul sau combustibilul.
După cum explică cercetătorii, în timpul unei combustii normale, temperatura flăcării variază între 1227 ° C și 1727 ° C - la această temperatură din experiment a avut loc un foc vizibil. Pe măsură ce combustibilul ardea, a început „arderea la rece”: flacăra s-a răcit la 227-527 ° C și a produs nu funingine, dioxid de carbon și apă, ci materiale mai toxice - formaldehidă și monoxid de carbon. Experimentul FLEX a selectat, de asemenea, cea mai puțin inflamabilă atmosferă bazată pe dioxid de carbon și heliu, ceea ce va contribui la reducerea riscurilor de incendii ale navelor spațiale în viitor.
