Eksperimentet, utført ombord på den internasjonale romstasjonen, ga uventede resultater - åpen flamme oppførte seg ganske annerledes enn forskerne forventet.
Som noen forskere liker å si, er brann menneskehetens eldste og mest vellykkede kjemiske eksperiment. Faktisk har brann alltid gått med menneskeheten: fra de første bålene, som kjøtt ble stekt på, til flammen til en rakettmotor som brakte en person til månen. I det store og hele er brann et symbol og instrument for fremdriften i vår sivilisasjon.
Dr. Forman A. Williams, professor i fysikk ved University of California, San Diego, har en lang historie med å forske på flammer. Brann er vanligvis en kompleks prosess med tusenvis av sammenhengende kjemiske reaksjoner. For eksempel, i en stearinlysflamme, fordamper hydrokarbonmolekyler fra veken, brytes ned når de blir utsatt for varme, og kombineres med oksygen for å produsere lys, varme, CO2 og vann. Noen av hydrokarbondelene i form av ringformede molekyler, kalt polysykliske aromatiske hydrokarboner, danner sot, som også kan brenne eller bli til røyk. Den kjente tårnformen på stearinlyset blir gitt av tyngdekraft og konveksjon: varm luft stiger oppover og trekker frisk kald luft inn i flammen, og trekker dermed flammen oppover.
Men det viser seg at i null tyngdekraft skjer alt annerledes. I et eksperiment kalt FLEX studerte forskere brann ombord ISS for å utvikle teknologier for å slukke branner i null tyngdekraft. Forskerne antente små heptanbobler inne i et spesielt kammer og så hvordan flammene oppførte seg.
Forskere blir møtt med et underlig fenomen. I mikrogravitet brenner flammen annerledes, den danner små kuler. Dette fenomenet var forventet fordi, i motsetning til en flamme på jorden, i null tyngdekraft, møtes oksygen og drivstoff i et tynt lag på overflaten av en sfære. Dette er et enkelt skjema som skiller seg fra jordisk ild. Imidlertid ble en underlig ting oppdaget: forskere observerte fortsettelsen av brenningen av brannkuler selv etter, ifølge alle beregninger, skal forbrenningen ha stoppet. Samtidig gikk brannen over i den såkalte kalde fasen - den brant veldig svakt, så mye at flammen ikke kunne sees. Imidlertid brant det, og flammen kunne øyeblikkelig sprekke ut med stor kraft ved kontakt med drivstoff og oksygen.
Vanligvis brenner synlig ild ved høye temperaturer mellom 1227 og 1727 grader. Heptanboblene på ISS brant også sterkt ved denne temperaturen, men etter hvert som drivstoffet ble tømt og avkjølt begynte en helt annen forbrenning - kald. Det foregår ved en relativt lav temperatur på 227-527 grader celsius og produserer ikke sot, CO2 og vann, men det mer giftige karbonmonoksid og formaldehyd.
Lignende typer kalde flammer er blitt gjengitt i laboratorier på jorden, men under tyngdekraftsforhold er en slik brann i seg selv ustabil og dør alltid raskt ut. På ISS kan imidlertid en kald flamme brenne jevnt og trutt i flere minutter. Dette er ikke et veldig hyggelig funn, siden kald brann utgjør en økt fare: den antenner lettere, inkludert spontant, det er vanskeligere å oppdage det, og dessuten frigjør det mer giftige stoffer. På den annen side kan funnet finne praktisk anvendelse, for eksempel i HCCI-teknologien, som innebærer å tenne drivstoff i bensinmotorer ikke fra stearinlys, men fra en kald flamme.
Salgsfremmende video:
Dette bildet ble tatt under et eksperiment for å studere forbrenningens fysikk i et spesielt 30 meter høyt tårn (2,2-sekunders tårntårn) fra John Glenn Research Center (Glenn Research Center), laget for å simulere forholdene til mikrogravitasjon i fritt fall. Mange eksperimenter som deretter ble utført på romfartøy ble foreløpig testet i dette tårnet, derfor kalles det "en inngangsport til verdensrommet".
Den sfæriske formen til flammen forklares med det faktum at under tyngdekraftsbetingelser er det ingen stigende luftbevegelse og konveksjon av dens varme og kalde lag forekommer ikke, som på Jorden "drar" flammen til en dråpeform. Flammen for forbrenning har ikke nok frisk luft som inneholder oksygen, og den viser seg å være mindre og ikke så varm. Den gul-oransje fargen på flammen som er kjent for oss på jorden, er forårsaket av gløden av sotpartikler som stiger oppover med en varm strøm av luft. I tyngdekraft får flammen en blå farge, fordi det dannes lite sot (dette krever en temperatur på mer enn 1000 ° C), og sotet som skyldes den lave temperaturen bare vil glødes i det infrarøde området. På det øverste bildet er den gul-oransje fargen fremdeles til stede i flammen, siden det tidlige stadiet av tenningen fanges når det fortsatt er nok oksygen.
Undersøkelser av forbrenning i null tyngdekraft er spesielt viktig for å sikre romfartøyets sikkerhet. I flere år har FLEX-eksperimenter blitt utført i et spesielt rom ombord på ISS. Forskere tenner små dråper med drivstoff (som heptan og metanol) i en kontrollert atmosfære. En liten kule med brensel brenner i omtrent 20 sekunder, omgitt av en kule med ild med en diameter på 2,5–4 mm, hvoretter dråpet avtar til enten flammen går ut eller drivstoffet renner ut. Det mest uventede resultatet var at en dråpe heptan etter synlig forbrenning gikk over i den såkalte "kalde fasen" - flammen ble så svak at det var umulig å se den. Og allikevel brant det: brann kunne øyeblikkelig bryte ut når de kom i kontakt med oksygen eller drivstoff.
Som forskerne forklarer, under normal forbrenning svinger flammetemperaturen mellom 1227 ° C og 1727 ° C - ved denne temperaturen i forsøket var det synlig brann. Da brennstoffet brant begynte "kald forbrenning": flammen avkjølte seg til 227–527 ° C og produserte ikke sot, karbondioksid og vann, men mer giftige materialer - formaldehyd og karbonmonoksid. FLEX-eksperimentet valgte også den minst brennbare atmosfæren basert på karbondioksid og helium, noe som vil bidra til å redusere risikoen for romfartsbranner i fremtiden.
