- •Учебно-методическое пособие Термодинамические и кинетические основы превращений энергонасыщенных систем
- •Возможная направленность химического процесса
- •Кинетика химических процессов
- •Значения энергии активации некоторых процессов без катализатора и с катализатором
- •Раздел 1. Энергонасыщенные материалы и процессы их превращения.
- •Тема 1. История развития и применения горючих и взрывчатых веществ
- •Тема 2. Общие сведения о горении взрыве.
- •1. Определения.
- •2. Условия, определяющие возможность химического взрыва.
- •Тема 3. Энергонасыщенные системы как источник энергии и их классификация.
- •2. Классификация эм
- •Общая классификация вв
- •Инициирующие вв
- •Инициирующие вв повышенной термостойкости
- •Бризантные взрывчатые вещества.
- •Требования, предъявляемые к пиротехническим составам
- •Классификация и области применения порохов
- •1. Назначение компонентов и принципы компоновки составов нитроцеллюлозных порохов и трт
- •Состав и характеристики пироксилиновых порохов
- •Состав и характеристики баллиститных порохов
- •Химический состав и характеристики основных типов баллиститных трт
- •Классификация твердых ракетных топлив
- •Реактивные топлива
- •1. Сравнение энергии взрывчатых веществ с энергией топлива.
- •2. Зависимость мощности, развиваемой при взрыве, от скорости выделения энергии.
- •3. Классификация и общая характеристика явлений взрывчатого превращения.
- •Раздел 2. Химические превращения при горении и детонации. Состав продуктов превращения и их термодинамические параметры.
- •Тема 3. Теплота и температура взрыва
- •Основным законом термохимии является закон Гесса
- •Вычисление теплоты взрывного превращения вв.
- •Опытное определение теплоты взрыва.
- •Температура взрыва.
- •Тема 4. Уравнения реакции разложения взрывчатых веществ. Кислородный баланс.
- •1. Характеристика соотношения между горючим и кислородом в вв.
- •2. Уравнение реакции разложения вв с положительным или нулевым кислородным балансом.
- •Уравнение реакции разложения вв с отрицательным кислородным балансом. Содержания кислорода достаточно для превращения всего углерода в газы.
- •Уравнение реакции разложения вв с отрицательным кислородным балансом. Содержания кислорода недостаточно для окисления всего углерода в со (в продуктах взрыва остается свободный углерод)
- •4. Расчет элементной формулы взрывчатых составов
- •Тема 5. Объем газообразных продуктов взрыва. Давление продуктов взрывного превращения
- •Объем газообразных продуктов взрыва
- •2. Давление продуктов взрывного превращения
- •3. Сила, потенциал, теплота горения и удельное газообразование порохов ствольного оружия
- •Раздел 3. Термохимия энергонасыщенных материалов.
- •Тема 6. Методы исследования состава продуктов превращения и их термодинамических параметров.
- •Тема 7. Теоретические основы термодинамического расчета продуктов превращения.
- •Раздел 4 Кинетические теории взрывчатого превращения
- •Тема 8. Нестационарный режим горения
- •Тема 9. Зависимость между параметрами детонационной волны
1. Сравнение энергии взрывчатых веществ с энергией топлива.
Общее количество энергии, выделяющееся при взрыве ВВ, меньше теплоты сгорания равного по весу количества смеси обычных горючих веществ с кислородом, как это видно из таблиц 2.1 и 2.2.
Таблица 2.1 |
|
Таблица 2.2 |
|
||||
Взрывчатое вещество |
Теплота взрыва в ккал/кг |
|
Горючее |
Теплота сгорания в ккал/кг |
|||
Дымный порох |
665 |
|
Углерод |
2140 |
|||
Тротил |
950 |
|
Бензол |
2330 |
|||
Пироксилин |
1025 |
|
Водород |
3230 |
|||
Нитроглицерин |
1500 |
|
|
|
|||
Другая картина получается при сравнении тех же величин, отнесенных не к единице веса, а к единице объема (табл. 2.3 и 2.4).
Таблица 2.3 |
|
|
Таблица 2.4 |
|
Взрывчатое вещество |
Теплота взрыва в ккал/л |
|
Горючее |
Теплота сгорания в ккал/л |
Дымный порох |
800 |
|
Углерод |
4,2 |
Тротил |
1460 |
|
Бензол |
4,4 |
Пироксилин |
1330 |
|
Водород |
1,7 |
Нитроглицерин |
2400 |
|
|
|
Из сравнения таблиц 1.1 и 1.2 видно, что при горении обычных горючих веществ на 1 кг смеси их с газообразным кислородом выделяется в 2 – 3 раза больше теплоты, чем при взрыве 1 кг взрывчатого вещества. Сравнение теплот тех же реакций, отнесенных к единице объема (табл. 2.3 и 2.4), показывает, что у жидких и твердых ВВ концентрации энергии в единице объема в 200 – 500 раз больше, чем у обычных горючих, и в 1000 раз больше, чем у смеси водорода с кислородом.
2. Зависимость мощности, развиваемой при взрыве, от скорости выделения энергии.
Помимо высокой объемной концентрации энергии, для ВВ характерна большая скорость ее выделения.
Продолжительность взрывчатого превращения для различных зарядов ВВ составляет от нескольких сотых до стотысячных и миллионных долей секунды. Этим определяется большая мощность, развивающаяся при взрыве. Покажем это на примере тротила:
При взрыве 1 кг тротила выделяется 950 ккал. Принимая ввиду кратковременности процесса расширение продуктов взрыва адиабатным и считая коэффициент полезного действия равным 10%, найдем, что механическая работа, которая может быть произведена продуктами взрыва 1 кг тротила, равна:
0,1 • 950 • 427 = 41 000 кГм (427 кГм/ккал – механический эквивалент теплоты). При некоторых допущениях относительно формы и плотности заряда можно оценить продолжительность взрыва примерно в одну стотысячную долю секунды. Отсюда найдем мощность, реализуемую при взрыве 1 кг тротила (учитывая, что 102 кГм/сек равны 1 кВт):
Известно, что не существует машины, способной развить такую колоссальную мощность. Этот пример показывает, что большая мощность взрывчатых веществ обусловлена не столько большим запасом внутренней энергии, сколько чрезвычайно малой продолжительностью взрыва.
