Многие естественные процессы в состоянии невесомости происходят совсем иначе. Одним из них является горение. В условиях отсутствия гравитации меняется поведение огня. Как и почему так происходит, стоит разобраться.
Как происходит горение в условиях гравитации?
Горение представляет собой химическую реакцию, во время которой происходит окисление, выделяется большое количество тепла, а также возникают продукты сгорания. Чтобы эта реакция состоялась, необходимо выполнение нескольких условий. Огню требуется кислород, горючее вещество, а также возможность отвода продуктов окисления из зоны возгорания.
Чтобы понять, как происходит данный процесс в привычных условиях, можно рассмотреть горение на примере свечи. Это поможет в дальнейшем сравнить пламя в невесомости.
Горение свечи на Земле
Итак, свечка состоит из хлопчатобумажного фитиля, а также воска, парафина или стеарина. Считается, что пламя образуется за счет возгорания фитиля, но на самом деле это не так. Горят непосредственно пары вещества, окружающие этот фитиль. Сама же нить требуется для того, чтобы направить горючее вещество вверх – в зону горения.
Таким образом, соблюдаются все условия: кислород есть в воздухе, горючее вещество (воск) имеется, продукты сгорания (углекислый газ и водяной пар) выводятся из зоны. Последний процесс объясняется тем, что нагретый и от этого менее плотный воздух поднимается вверх, выше холодного, а заодно уносит с собой и продукты сгорания. Если, к примеру, поместить свечу в высокую емкость, то она перестанет гореть – воздух будет везде одинаково нагреваться.
Горение в невесомости
Наличие гравитации способствует образованию конвекционных потоков – разницы между теплым и холодным воздухом. Раскаленные частицы сажи, поднимаясь вверх, излучают свечение. Поэтому пламя имеет такую вытянутую форму и его можно рассмотреть.
В невесомости подобные конвекционные потоки не возникают. Так как частицы сажи не поднимаются вверх, пламя свечи имеет форму сферы. Спустя короткое время кислород в зоне горения свечи закончится. Вместо этого образуется большое количество угарного газа – окиси углерода. Горение пламени будет продолжаться в течение нескольких минут.
Горение свечи в невесомости
Также вызывает интерес изменение цвета пламени. В условиях действия гравитации свеча горит преимущественно желтым цветом за счет раскаленной сажи. При этом температура горения составляет 1227 – 1721 градусов Цельсия.
А в невесомости огню не хватает кислорода, поэтому наблюдается так называемое «холодное» горение, температура которого равна 227 – 527 градусов Цельсия. Сажа образуется в малом количестве, поскольку для этого требуется не меньше 1000 градусов. При этом выделяется водород, за счет которого пламя обретает голубой оттенок.
Интересный факт: если зажечь свечу и постоянно фиксировать на фото стадии ее горения, то можно заметить необычное явление. Сперва она загорится привычным ярко-желтым цветом, затем пламя станет наполовину голубым, а потом и полностью посинеет. Таким образом, чем меньше становится кислорода, тем сильнее меняет оттенок пламя.
Изучение поведения пламени в невесомости имеет огромное значение для космонавтики. Ученые и исследователи проводят различные опыты с этой целью. Они помогают повысить уровень безопасности космических аппаратов и космонавтов.
Например, на борту Международной космической станции в специальном отсеке проводятся опыты. Исследователи поджигают небольшие капли топлива и наблюдают за их поведением. Горение продолжается около 20 секунд. Топливный шарик окружает огненная сфера диаметром 2-4 мм.
Примечательно, что когда заканчивается видимое горение, наступает то самое «холодное», которое очень сложно рассмотреть. Но если обеспечить подачу кислорода или добавить топливо, пламя тут же вспыхивает снова.
В условиях невесомости пламя обретает форму сферы, поскольку из-за отсутствия гравитации не появляются конвекционные потоки (в нормальных условиях горячий воздух поднимается над холодным). Горение наблюдается в течение короткого времени. Изначально пламя имеет желтый цвет, но вскоре оно обретает голубоватый оттенок, а затем становится полностью синим. Это связано с тем, что заканчивается кислород и существенно снижается температура горения – до 227 – 527 градусов Цельсия. Такое горение называют «холодным». При этом образуется мало раскаленной сажи и выделяется водород, что и вызывает смену цвета огня.
