Рубрика Общая характеристика пороха category.
Газообразные продукты, образующиеся при каждом взрыве, расширяются под влиянием выделяющейся одновременно теплоты и, преодолевая «а более или менее значительном пути «сопротивление», производят работу. Мерилом этой работы является количество теплоты, которое вообще выделяется каким-либо взрывчатым или метательным веществом, т. е. то количество теплоты, которое в форме давления газа может быть превращено в механическое действие. Поэтому, чтобы определить количество энергии, или работоспособность, «теоретическую работоспособность» взрывчатого вещества, необходимо умножить его теплоту взрыва, выраженную в больших калориях, на механический эквивалент тепла.
Наиболее совершенным способом сравнения является величина бризантности Каста, так как она учитывает время детонации. Числа вышеприведенной таблицы выведены из теоретических уравнений, и поэтому теплота и особенно температура взрыва несколько высоки по сравнению с величинами табл. 6, определенными экспериментальным путем. Несмотря на это, теоретический способ вычисления сохраняет свое значение, так как сравнение величин возможно только в пределах одного и того же способа определения, и величины, экспериментально определенные на основании анализов газообразных продуктов, получены только для немногих основных взрывчатых веществ.
С практической точки зрения величина бризантности, равно как и работоспособность могут быть рассматриваемы только при детонации взрывчатых веществ в очень прочных оболочках, например в центре толстостенного стального шара с завинченным вводным отверстием. Внутреннее расширение и степень расплавления дали бы возможность сравнить между собою те различия, которые автор наблюдал при опытных взрывах гремучего студня и пентринита в тяжелом стальном цилиндре малого диаметра. Но для широкой практики, когда материал оболочки разрушается, т. е, (раздробляется на большее или меньшее число кусков, разбрасываемых в стороны, сопротивление падает так быстро, что последующая теплота не находит объектов для дальнейшего действия и большей частью рассеивается в воздухе. В данном1 случае полезный эффект зависит в значительной мере от скорости детонации. Однако даже при самых благоприятных условиях коэфициент полезного действия взрыва определяется в 15 и самое большее — в 20% расчетной работоспособности. Лишь при взрывах более или менее крупных масс железа ic глубокими буровыми скважинами в них использование силы взрыва достигает Уз; следовательно предельная эффективность метательных средств и горючих материалов в ружейном стволе и двигателе Дизеля достигает одной и той же величины в 32%.
Comments Off
Самым общеупотребительным и наиболее приближенным является первый метод, согласно которому температура взрыва t равна частному от деления количества выделившейся при взрыве теплоты О на сумму тенлоем-костей С отдельных газообразных продуктов взрыва.
Теплота взрывчатого разложения определяется или вычислением по стехиометрическому, уравнению разложения, или экспериментальным путем в калориметрической бомбе, или лучше всего путем анализа газообразных продуктов после взрыва в свинцовом цилиндре. Следовательно необходимо только получить величину С, т. е. общую теплоемкость газообразных продуктов, и вычислить неизвестную температуру из чрезвычайно простого уравнения. Однако как раз в этом и заключаются трудности, ибо теплоемкости представляют собою функцию температуры. и пря высоких температурах весьма трудно поддаются определению.
Comments Off
Под температурой взрыва или детонации подразумевают наивысшую температуру, до которой теплотою химического превращения могут нагреваться газообразные продукты взрывчатого разложения. При этом взрывчатое горение рассматривается как вполне адиабатический процесс, при котором не производится внешней работы и не происходит потери теплоты. Знание температуры взрыва имеет большое значение с различных точек зрения: от нее зависят действительная работоспособность взрывчатой системы, выгорание канала орудия, производимое порохами, и не в последнюю очередь — антигризутность горных взрывчатых веществ. В течение какого промежутка времени достигается наивысшая температура — непосредственно ли после распада первых твердых молекул взрывчатого вещества, т. е. еще до наступления собственно расширения, или мгновением позже, на отрезке пути к достижению наибольшего объема, — решить нельзя, так как мы не можем установить темпа этих последовательных явлений ни измерением, ни кинематографическим путем. Поэтому нет ничего удивительного, что каждый из существующих трех методов определения температуры взрыва имеет некоторые недостатки и дает только теоретические цифры. Расчеты по этим методам основаны:
1)на количестве т е п ло т ы и на теплоемкости продуктов разложения;
2) на максимальном давлении газообразных продуктов в бомбе при определенных плотностях заряжения и
3)на кинетической теории газов (этот метод в основном представляет собой лишь изменение второго).
Comments Off
Это приспособление, как уже указывалось, имеет целью исследование газообразных продуктов взрыва в условиях, по возможности близких к условиям в шпуре, с производством большой работы и с быстрым охлаждением для закрепления наивысшего равновесия, что дает возможность избегнуть последующих, затемняющих результат и приводящих к ошибкам реакций. Благодаря этому на основании анализа продуктов путем теоретического подсчета можно очень точно определить теплоту и температуру взрыва. Конструкция аппарата была предложена К а-с т о м и построена в Химико-техническом институте.
Стальной камерой служит цилиндрический сосуд диаметром 20 см; навинчиваемой крышкой он герметически закрывается. Крышка и камера имеют вентиль, посредством которого внутреннее пространство камеры связано с воздушным насосом и ртутным манометром. Свинцовые цилиндры имеют диаметр 140 мм, высоту 300 мм и глубину канала 200 мм; в них помещают 10 г взрывчатого вещества в форме шашки диаметром 21 мм. Свинцовые цилиндры прочно закрепляются в стальной камере железными болтами. После введения заряда с капсюлем и воспламенителем канал возможно плотнее забивается сухим песком и свинцовой шайбой. Затем прибор эвакуируется, и посредством электрического запала производится взрыв. После выравнивания температуры содержимого бомбы с окружающей средой отмечают давление и температуру и берут на анализ продукты взрыва. Как видно из параллельных определений, точность аппаратуры достаточна для определения отдельных составных частей продуктов, что позволяет производить по ним дальнейшие вычисления. К сожалению, весьма важная в термохимическом отношении вода при этом методе не поддается непосредственному определению.
Comments Off
Основным прибором является калориметрическая бомба — продолговатый цилиндрический толстостенный сосуд из хромоникелевой или нержавеющей (V2A) стали, закрываемый нарезной шайбой. Последняя имеет отверстие для изолированного стержня, который служит для воспламенения заряда. Вторым полюсом для соединения с воспламенительной машинкой служит сама головка. Для взятия газовой пробы и для откачивания бомбы служит боковой вентиль В то время как Б и х е л ь употреблял калориметрическую бомбу объемом 30 л и заряд 100 г взрывчатого вещества, вследствие чего плотность заряжания не превосходила 0,02, в настоящее время стремятся приблизить испытание к условиям, имеющим место в шпуре, и пользуются конструкциями, при которых испытание возможно при еще более высоких плотностях заряжания. По указанным соображениям калориметр не употребляется в настоящее время для определения теплоты взрыва и температуры взрыва так часто, как раньше. Между тем калориметры все еще остаются основными аппаратами для надежного определения теплоты полного горения военных бездымных иорохов; помимо этого чаще всего производят еще определение удельного объема газов.
Comments Off
Эта основная для каждого бризантного и метательного взрывчатого вещества величина равна избытку теплоты горения всех элементарных компонентов соединения (С, Н, S) по сравнению с количеством теплоты горения самого соединения, полученным в 1бомбе. При этом считают, что продуктами разложения являются исключительно газообразная углекислота и парообразная или жидкая вода, и все теплоты горения пересчитываются на постоянное давление. Примеры выделения положительной и отрицательной теплот образования (тепловые эффекты) были приведены в табл. 2. «Теплоты образования» в строгом смысле слова относятся только к веществам, представляющим собою определенные химические соединения; для взрывчатых же смесей соответствующую величину можно вычислить по равности теплот.
К сожалению, многие из этих определений произведены очень неудовлетворительно и настолько отличаются по числовым значениям, что они, как показывает нижеследующее сопоставление, совершенно непригодны для вычисления теплоты взрыва, а по ней и температуры взрыва. Например во многих руководствах теплота образования гликольдинитрата указана равной 67,7 б. кал на моль2; вычисленная на основании этой цифры температура взрыва ниже температуры взрыва нитроглицерина, что не может соответствовать действительности, ибо температура этого идеально распадающегося соединения должна несколько превосходить даже рекордную температуру взрыва гремучего студня.
Вычисление термохимических данных в отношении различных взрывчатых процессов и уравнений предполагает знание важнейших определений и фактов из области термохимии и термодинамики, вследствие чего мы кратко остановимся на этом.
Comments Off
Под теплотой взрывчатого разложения подразумевается количество теплоты в калориях, выделяющееся при детонации 1 кг взрывчатого вещества. Эта величина служит одновременно для выражения содержания энергии и работоспособности и наряду со скоростью детонации является одной из важнейших характеристик взрывчатого вещества; она может быть с достаточной точностью вычислена по термическим данным или определена экспериментально в калориметрической бомбе.
Теплота взрыва технических взрывчатых веществ колеблется в пределах от 700 до 2000 б. кал; нижний предел представляет дымный порох, верхний — оксиликвйты. Числа эти при сравнении с горючими веществами оказываются слишком малыми; так, нефть дает 12 000 б. кал, а каменный уголь — до 8000 б. кал. Но если названные горючие материалы сжигать подобно взрывчатым материалам, т. е. с точно необходимым количеством кислорода, то количество тепла падает до 1/i—Уз количества тепла оксиликвитов.
Непосредственное калориметрическое определение в настоящее время все больше и больше уступает расчетному (по данным анализа продуктов взрыва). Это вызвано:
1) соображениями, связанными с аппаратурой и безопасностью, так как при малых навесках полная детонация взрывча-тых^веществ сомнительна;
2) тем, что при детонации без выделения работы на окончательные результаты вследствие медленного охлаждения газов сильно влияют последующие реакции, благодаря чему измеренные количества теплоты едва ли пригодны для.вычисления, скажем, температуры взрыва.
Для (вычисления теплоты взрыва необходимо знать теплоту образования 'взрывчатых 'веществ и теплоту образования продуктов взрыва; такое вычисление становится тем менее надежным, чем более отличается фактический процесс от химически вероятного уравнения разложения.
Comments Off
Давление газообразных продуктов взрыва, т. е. происходящее при всяком взрыве повышение давления, является причиной действительной работы, производимой взрывом; это давление можно было бы назвать с некоторым приближением к истине «взрывчатой силой», хотя с физической точки зрения это, быть может, и не вполне удачное выражение.
Давление взрыва можно вычислить по закону Бойля-Ма-р и о т т а, согласно которому объемы обратно пропорциональны соответствующим давлениям; из отношения объема газообразных продуктов взрыва vt к первоначальному объему взрывчатого вещества.
Максимальное давление газообразных продуктов зависит главным образом от плотности заряжания, т. е. от отношения веса заряда L в килограммах или граммах к объему каморы сгорания (детонации) V в литрах или кубических сантиметрах.
Согласно этому уравнению коволюм уменьшает объем, в котором происходит взрыв, и вместе с тем повышает давление. Нобль, приняв во внимание эту поправку, получал в бомбе очень точные значения давлений до 8000 кг/см2. Однако для взрывчатых веществ с большим удельным весом при высоких плотностях заряжания получается, что еще до взрыва в своем объеме коволюм равен или больше первоначального объема взрывчатого вещества: тогда давление взрыва возрастает до бесконечности, как например для гремучего студня, который на 1 л дает объем в 1153 раза больший первоначального (vo) и таким образом с новыми молекулами в его составе после взрыва занимает объем в 1,15 раза больший (vo/ЮОО), чем само твердое взрывчатое вещество. Но так как бесконечно большое давление взрыва, хотя бы и при максимальной плотности заряжания, совершенно невероятно, то необходимо принять, что коволюм при высоких давлениях значительно уменьшается; в свете современной атомной физики такое представление вполне закономерно. Уже при уменьшении величины С а р р о на 2/з получаются давления, которые даже при наивысших плотностях заряжания не превышают 100 000 ат.
Итак, хотя объем коволюма и известен только приблизительно и представляет собою чисто теоретическую, практически неопределимую величину, но все же из изложенного ясно, что взрывчатое вещество должно разрушить всякую оболочку, всякое сопротивление, если плотность заряжания (например в шпуре с забойкой) приближается к плотности взрывчатого вещества.
Если в последнем случае желательно знать, когда давление возрастает до бесконечности, то коволюм вместе с твердым остатком точно относят к 1 1 Это имеет место при объеме газообразных продуктов, равном 912,5 л; разделив это число на цифру, выражающую удельный объем (740 л), получаем) плотность 1,23. Так как тринитротолуол ни при этой, ни при максимальной плотности (1,62) не может давать бесконечно большого давления, то коволюм при таких давлениях должен1 быть определенно меньше 0,001, т. е. меньше общепринятого значения.
Далее из этих вычислений становится очевидным, что выделение сажи при взрыве ароматических нитросоеди-нений сильно повышает давление ив полном смысле слова должно быть оценено как положительный фактор взрыва, хотя из чисто термохимических соображений и по аналогии с соединениями, которые, как например нитрогликоль, полностью обращаются в газообразные продукты, совершенно неправильно делают как раз обратные выводы.
Comments Off
По объему газообразных продуктов при 0° и 760 мм, и температуре взрыва по стоградусной шкале t или абсолютной температуре взрыва Т можно, считая давление постоянным, вычислить объем газообразных продуктов взрыва (v,) по закону Гей-Люссака.
Если применить эту формулу для н и тр о г л и ц е р и на, то при нормальном объеме 715,6 Л и температуре взрыва 4210° получается объем газообразных продуктов взрыва, равный 11 751 л на 1 кг, или, принимая плотность нитроглицерина равной 1,6 — в 18 802 раза больше первоначального объема взрывчатого вещества Для тринитротолуола (vo = 740,6; f = 3050°) получается 9015 л на 1 кг, или в 14 604 раза больше начального объема при плотности плавленого или пресованного тринитротолуола 1,62. Однако в действительности такие объемы никогда не получаются, так как ни объем продуктов взрывчатого разложения, «и температура взрыва не могут рассматриваться как постоянные, и весь процесс расширения, не являющийся строго адиабатическим, сопряжен с небольшими потерями тепла путем излучения. Но вычисления показывают, что каждое взрывчатое вещество при средней плотности 1,5 (плотность динамита) дает при взрыве объем газообразных продуктов по крайней мере в 10 000 раз больший, чем его первоначальный объем.
Comments Off
По закону Авогадро каждый моль (грамм-молекула) газа при 0° и 760 мм на 45° географической широты занимает объем 22,412 л. Поэтому объем газа легко можно вычислить из уравнения разложения взрывчатого вещества: необходимо только-число молекул газа умножить: на молярный объем, равный 22,412, чтобы выразить объем газообразных продуктов взрыва в литрах.
При средней температуре воздуха 20° и барометрическом давлении 720 мм (Швейцарское горное плато) молекулярный объем по закону Б о й л я-М а р и о т т а увеличивается до 25,4 л.
Несмотря на значительное выделение сажи, тринитротолуол дает следовательно больший объем газов, чем нитроглицерин, нацело превращающийся в газообразные продукты. Однако необходимо заметить, что уравнение разложения (или, точнее, стехиометрические соотношения продуктов распада, получающихся в момент наивысшего давления) для взрывчатых веществ с большим недостатком кислорода значительно менее надежно и справедливо только для бинарных соединений, распадающихся на элементы, например для азида свинца или ацетилена. Даже в случае взрывчатых веществ, представляющих собою определенные химические соединения (как например нитроглицерин), которые благодаря небольшому избытку кислорода могут дать полный окислительный распад молекулы, теоретическое равновесие между четырьмя различными продуктами распада — водой, углекислым газом, кислородом и азотом — все же легко нарушается. В какой мере это нарушение имеет место даже в случае идеально распадающегося гремучего студня, показывает табл. 6.
Объем, занимаемый газообразными продуктами, образующимися при взрыве 1 г взрывчатого вещества при 0° и 760 м'м давления, выраженный в кубических сантиметрах, по аналогии с удельным весом называется удельным или нормальным объемом (vo). Этот объем зависит от химического состава взрывчатого вещества и является понятием, характеризующим взрывчатое вещество.
Максимальный объем1 газообразных продуктов, примерно 1500-кратный по отношению к единице веса, дает (по теоретическому подсчету) азид аммония; минимальный — всего лишь 230-кратный по отношению к единице веса — азид свинца.
Comments Off