Mnogi se prirodni procesi u bestežinskom stanju odvijaju vrlo različito. Kako i zašto se to događa vrijedi razumjeti.
Kako izgaranje dolazi u gravitaciji?
Izgaranje je kemijska reakcija tijekom koje dolazi do oksidacije, oslobađa se velika količina topline, a nastaju i produkti izgaranja. Da bi se ta reakcija dogodila, mora biti ispunjeno nekoliko uvjeta. Za vatru je potreban kisik, zapaljiva tvar, kao i sposobnost uklanjanja oksidacijskih produkata iz zone paljenja.
Da biste razumjeli kako se ovaj proces odvija u poznatim uvjetima, možete razmotriti paljenje primjerom svijeće. To će pomoći u daljnjoj usporedbi plamena u nultoj gravitaciji.
Dakle, svijeća se sastoji od pamučnog fitiljka, kao i od voska, parafina ili stearina. Vjeruje se da plamen nastaje zbog paljenja fitiljka, ali u stvari to nije tako. Pare tvari koje okružuju ovaj fitilj izgaraju se izravno. Sama nit potrebna je kako bi zapaljivu tvar usmjerio prema gore - u zonu izgaranja.
Dakle, svi su uvjeti ispunjeni: kisik je u zraku, postoji zapaljiva tvar (vosak), proizvodi izgaranja (ugljični dioksid i vodena para) uklanjaju se iz zone. Potonji se postupak objašnjava činjenicom da se zagrijani i manje gusti zrak diže, veći od hladnog, a istodobno odvodi proizvode izgaranja. Ako se, na primjer, svijeća postavi u visoku posudu, tada će prestati gorjeti - zrak će se svugdje zagrijavati.
Gorenje bez težine
Prisutnost gravitacije doprinosi stvaranju konvekcijskih struja - razlika između toplog i hladnog zraka. Čestice vruće čađe, uzdižući se, odaju sjaj. Stoga plamen ima takav izduženi oblik i može se uzeti u obzir.
Kod nulte gravitacije se takvi konvekcijski tokovi ne javljaju. Kako se čestice čađe ne dižu, plamen svijeće ima oblik sfere. Nakon kratkog vremena, kisik u zoni gorenja svijeće će završiti. Umjesto toga, nastaje velika količina ugljičnog monoksida - ugljični monoksid. Paljenje plamena nastavit će se nekoliko minuta.
Također je zanimljiva promjena boje plamena. Pod djelovanjem gravitacije, svijeća gori uglavnom žutom bojom zbog vruće čađe. Temperatura izgaranja je 1227 - 1721 stupanj Celzijusa.
A u nultu gravitaciju vatra nema dovoljno kisika, pa se primjećuje takozvano "hladno" gorenje, čija je temperatura 227 - 527 Celzijevih stupnjeva. Čađa se formira u malim količinama, jer za to treba najmanje 1000 stupnjeva. U ovom se slučaju oslobađa vodik, zbog čega plamen poprima plavi ton.
Zanimljiva činjenica: ako palite svijeću i neprestano popravljate na fotografiji faze njezinog paljenja, možete primijetiti neobičan fenomen. Prvo će se upaliti uobičajenom svijetlo žutom bojom, zatim će plamen postati napola plav, a zatim će se potpuno pretvoriti u plavu. Dakle, što manje kisika postaje, to plamen postaje nijansiran.
Proučavanje ponašanja plamena u nultu gravitaciju od velike je važnosti za astronautiku. U tu svrhu znanstvenici i istraživači provode razne eksperimente. Pomažu poboljšanju sigurnosti svemirskih letjelica i astronauta.
Na primjer, eksperimenti se provode na brodu Međunarodne svemirske stanice u posebnom odjeljku. Istraživači su zapalili male kapljice goriva i promatrali njihovo ponašanje. Izgaranje traje oko 20 sekundi. Kugla goriva okružena je vatrenom kuglom promjera 2-4 mm.
Važno je napomenuti da, kada se vidljivo sagorijevanje završi, ulazi se vrlo "hladno", što je vrlo teško uzeti u obzir. Ali ako opskrbite kisikom ili dodate gorivo, plamen će se odmah ponovno rasplamsati.
Pod nultom gravitacijom plamen poprima oblik kugle jer se konvekcijski protoci ne pojavljuju zbog odsutnosti gravitacije (u normalnim se uvjetima vrući zrak diže iznad hladnog). Izgaranje se promatra kratko vrijeme. U početku je plamen žut, ali uskoro poprima plavkastu nijansu, a zatim postaje potpuno plav. To je zbog činjenice da se kisik završava i temperatura izgaranja znatno se smanjuje - na 227 - 527 Celzijevih stupnjeva. Takvo sagorijevanje naziva se "hladno". U tom se slučaju formira malo vruće čađe i oslobađa se vodika, što uzrokuje promjenu boje vatre.