Явение взрыва

Взрывом называется процесс быстрого физического или химического превращения вещества, сопровождающийся переходом его потенциальной энергии в механическую работу.

Наиболее характерным признаком взрыва является скачок давления в среде, окружающей место взрыва. Этот скачок давления служит непосредственной причиной разрушающего действия взрыва, которое обуславливается быстрым расширением газов или паров, существовавших либо до взрыва, либо образовавшихся в результате физической или химической реакции (взрыв котла, электрический разряд, удар с большой скоростью, детонация).

Практическое применение в технике находят взрывы с превращением особых веществ, называемых взрывчатыми (ВВ).

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

Химические ВВ представляют собой относительно неустойчивые системы, способные под влиянием внешних воздействий к весьма быстрым химическим превращениям с выделением большого количества тепла и образованием сильно нагретых газов. Газообразные продукты взрыва благодаря исключительно большой скорости химической реакции (до 10000 м/с) к моменту ее завершения занимают практически первоначальный объем ВВ, находясь в сильно сжатом состоянии, вследствие чего в момент взрыва резко повышается давление.

Таким образом, способность химических систем к взрывчатым превращением определяется тремя факторами:

- экзотермичностью реакции;

- большой скоростью распространения;

- наличием газообразных продуктов реакции.

Рассмотрим значение этих факторов.

Экзотермичность реакции.

Взрывная реакция обычно возбуждается внешним импульсом на ограниченном участке вещества. Переход ее в процесс химического разложения всего вещества может произойти только в том случае, если она будет распространяться самопроизвольно, что возможно только при постоянном притоке тепла.

Экзотермичность реакции является важнейшим условием взрыва, Это объясняется тем, что взрыв ВВ возбуждается внешним источником, имеющим небольшой запас энергии. Этой энергии достаточно лишь для того, чтобы вызвать реакцию взрывчатого превращения небольшой массы ВВ, находящейся в точке, на линии или в плоскости инициирования. В дальнейшем реакция распространяется самопроизвольно за счет энергии, выделяющейся в предыдущем слое. В конечном итоге количество выделяемой энергии определяет не только возможность самораспространения реакции химического превращения вещества, но и ее разрушительное действие, т.е. работоспособность продуктов взрыва.

Скорость распространения реакции.

Большая скорость распространения реакции является второй отличительной особенностью взрыва. Скорость взрыва хотя и является большой, но все же имеет конечную величину и для обычных ВВ не превышает 10000 м/с.

Наличие газообразных продуктов.

Наличие сильно сжатых и нагретых до высокой температуры газообразных продуктов также является одним из основных условий взрыва. Резко расширяясь газы производят удар по окружающей среде, возбуждая в ней ударную волну. Таким образом, резкий перепад давления на границе раздела ВВ и окружающей среды, возникающий в начальный момент, является характерной особенностью взрыва. Обязательность этих факторов рассмотрим на следующих примерах.

1. Горение угля.

Реакция экзотермична, есть газообразные продукты, но мала скорость распространения реакции (взрыва нет).

2. Горение термита.

Реакция экзотермична, большая скорость реакции (до 7000м/с), но нет газообразных продуктов (взрыва нет).

3. Химическое превращение тротила.

Реакция экзотермична, большая скорость реакции (7000 м/с), наличие газообразных продуктов (взрыв).

Однако надо иметь ввиду и условия протекания реакции. В одном случае она может протекать спокойно, в другом - в виде взрыва.

Например, горение метана.

Если при горении метан поступает небольшими порциями и его взаимодействие с кислородом происходит по некоторой контактной поверхности, реакция носит характер устойчивого горения с малой скоростью, но если смешать метан с кислородом в достаточном объеме, то произойдет взрыв. Следует заметить, что большая скорость и экзотермичность реакции создает впечатление, что ВВ обладают большим запасом энергии. Однако это не так. По теплосодержанию многие вещества значительно превосходят ВВ. Отличие процесса взрыва от реакции обычного химического превращения заключается в большой объемной концентрации энергии.. У некоторых ВВ процесс взрыва происходит так быстро, что вся выделившаяся энергия сконцентрирована практически в объеме ВВ. Достичь такой плотности концентрации в условиях обычной реакции невозможно.. Создаваемые при взрыве большие объемные концентрации энергии приводят к образованию в среде потока энергии большой плотности, что и определяет большую разрушительную работу взрыва.

В таблице 2.1 приведено теплосодержание Q некоторых веществ.

Таблица 2. 1