ЭСБЕ/Взрывчатые вещества: различия между версиями
[досмотренная версия] | [досмотренная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Lozman (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
Lozman (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
||
Строка 1:
{{КачествоТекста|
{{ЭСБЕ
|ПРЕДЫДУЩИЙ=Взрывные работы
Строка 295:
Очевидно, кроме способности вполне превращаться в газы, на объем их оказывают влияние: 1) вес атомов элементов, входящих в состав, что само собой понятно при расчете на весовую единицу; 2) большая или меньшая полнота сгорания, так как наибольшие объемы получаются не при полном сгорании С в СО<sub>2</sub> и Н<sub>2</sub> в Н<sub>2</sub>О, а при неполном (когда С превратился бы в СО, а водород остался бы свободным) вследствие сжатия при образовании СО<sub>2</sub> и H<sub>2</sub>O из СО + О и Н<sub>2</sub> + О.
VI. ''Теплота разложения''. Количество тепла, отделяющегося при взрыве, может быть измерено непосредственно с помощью обыкновенных калориметрических приемов (см. [[ЭСБЕ/Калориметрия|Калориметрия]]). При этом нужно соблюсти только следующие определяющие наибольшую точность измерений условия: 1) разложение вещества в калориметрической бомбе необходимо производить в атмосфере инертного газа, например азота, ибо в противном случае кислород остающегося в ней воздуха будет участвовать в горении и через это окажет влияние на результат, тем большее, чем меньше кислорода содержится в самом веществе и чем меньше взят заряд; 2) стенки бомбы должны быть сделаны из металлов, не способных к окислению. Калориметрическая бомба в наиболее выработанном виде, предложенная Бертело, состоит из следующих частей (см. рис. 5).
[[Файл:Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b11_195-0.jpg|right|thumb|350px| Рис. 5. Калориметрическая бомбочка Бертело. ''M'' — изолированный конус для воспламенения электричеством, ''CB'' — кран для выпускания газов.]]
Строка 301:
Стальные стенки ее D и притертая крышка ЕЕ выложены внутри платиной для устранения химического действия на них продуктов горения. Крышка прижимается с помощью гайки FF; через стальной придаток А проходит винтовой кран CB для запора и выпускания газов. Воспламенение заряда производится, накаливая током проволоку f, прикрепленную между изолированным конусом M и штифтом, ввинченным в крышку. При самом измерении, кроме обыкновенных калориметрических предосторожностей, нужно обратить внимание главным образом на то, что вследствие значительной толщины стенок бомбы передача тепла от продуктов горения калориметру происходит и после того, как получился максимум температуры, т. е. для вычисления поправок на охлаждение калориметра необходимо к концу наблюдений дождаться равномерности.
Но при современном богатстве числовых данных относительно теплот образования из элементов разнообразных химических соединений (см. [[ЭСБЕ/Термохимия|Термохимия]]) возможно получить точные величины теплот разложения В. веществ и помимо прямых измерений, пользуясь только термохимическими таблицами — во всех случаях, когда точно известны уравнения их разложения. Напр., зная, что при взрыве двух граммовых частиц нитроглицерина образуются: 6CO<sub>2</sub> + 5H<sub>2</sub>O + 3N<sub>2</sub> + 0,5O<sub>2</sub>, по этим таблицам находим, что теплоты образования из элементов каждой граммовой частицы сложных продуктов: СО<sub>2</sub> из алмаза и кислорода = +94 Кал., Н<sub>2</sub>О жидкой из водорода и кислорода = +68,8 Кал., Н<sub>2</sub>О газообразной = +58,2 Кал., а теплота образования из элементов свободных простых тел (по условию) равна нулю, откуда для данных количеств этих газов получится сумма 6 x 94 + 5 x 68,8 Кал. (при жидкой воде), или 6 x 94 + 5 x 58,2 Кал. (при газообразной воде). Простые тела, входя в соединение между собой, при образовании каждой граммовой частицы нитроглицерина теряют часть своей энергии в виде тепла, а именно +98 Калор., как находим в тех же термохимических таблицах, и потому при дальнейшем превращении в CO<sub>2</sub>, Н<sub>2</sub>О, N<sub>2</sub>, и О<sub>2</sub> (т. е. при взрыве) по закону сохранения энергии должны отделить на это количество меньше тепла. Очевидно, уменьшая выше найденную сумму на 2 x 98, мы и получим теплоту разложения 2 граммовых частиц нитроглицерина. Относя результаты к 1 килограмму, окончательно найдем 1570 Кал. (при воде жидкой) и 1458 Кал. (при воде газообраз.). Следовательно, вообще теплота разложения какого-либо взрывчатого вещества равняется сумме теплот образования из элементов продуктов взрыва без теплоты образования из элементов его самого. Отличают теплоты разложения взрывчатых веществ при постоянном давлении q<sub>p</sub> и при постоянном объеме Q<sub>v</sub>, притом считая воду и подобные продукты то в жидком, то в газообразном состоянии. По термохимическим таблицам находятся собственно Q<sub>p</sub>, опытом же в калориметрической бомбе определяются Q<sub>v</sub>, считая воду жидкой, что нужно иметь в виду при сравнении опытных данных с вычисленными. Однако известным образом можно перейти от Q<sub>p</sub> к Q<sub>v</sub> и обратно, зная объем газов. Беря тот же пример нитроглицерина, для которого Сарро и Вьейль опытно нашли Q<sub>v</sub> = +1600 Кал., представим себе вертикальный прямоугольный параллелепипед с площадью поперечного сечения в 1 кв. дециметр и в нем поршень, на который давит 1 атмосфера, или, другими словами, — груз в 103,33 килограмма. Если, удерживая поршень на расстоянии 1 дециметра от дна, взорвем под ним 1 килограмм нитроглицерина, то газы, занимающие при нормальных условиях объем в 713 литров (при газообразной воде), или 467 литр. (при жидкой воде), поднимут поршень с грузом на высоту 71,3 или 46,7 метров, т. е. произведут работу, равную 103,33 x 71,3, или 103,33 x 46,7 килограммометров.
На эту же работу затратится определенное количество тепла q, а именно (103,33 x 71,3)/424 = 17 Кал., или (103,33 + 46,7)/424 = 11 Кал.; между тем как если бы поршень был удержан в своем первоначальном положении, то внешняя работа не была бы произведена и вся затраченная на нее теплота осталась бы в газах. Следовательно, вообще Q<sub>p</sub> меньше Q<sub>v</sub> на q и в частности для нитроглицерина Q<sub>v</sub> (при жидкой воде) равно Q<sub>р</sub> x q = 1570 + 11 = 1581 Кал., что уже близко подходит к величине, найденной Сарро и Вьейлем. Опытные измерения теплот разложения являются особенно необходимыми во всех случаях, когда уравнения разложения с какой-либо стороны остаются неопределенными. В следующей таблице даны Q<sub>p</sub> и Q<sub>v</sub> для тех же В. веществ, для которых выше были приведены V<sub>0</sub>.
Строка 328:
Указанным способом находятся количества тепла, отделяемого В. веществами при условии отсутствия каких-либо внешних работ, произведенных во время взрыва; если же последние производятся, как это бывает при практических применениях, то вследствие затраты на них части тепла его отделяется меньше. Тогда нахождение остающегося количества теплоты приводится к определению действительных произведенных взрывами работ (см. ниже, работа В. веществ).
VII. ''Температура'', развиваемая взрывчатыми веществами, до сих пор представляет непреоборимые затруднения для непосредственного измерения. Доныне известно лишь то, что температура, получающаяся при взрыве обыкновенного пороха, лежит выше температуры плавления платины (1800°). Остается поэтому определять температ. вычислением на основании известного соотношения между температурой ''t,'' теплотой, ей сообщаемой, ''Q'' и теплоемкостью ''с'' по формуле <math>t = \frac{Q
В недавнее время, с одной стороны, Малляр и Ле Шателье («Recherches expérimentales et théoretiques sur la combustion des mélanges gazeus explosifs», Париж, 1883), с другой — Бертело и Вьейль («An. de Chimie et de Phys.», 6-e série, t. 4, p. 13) подвергли изучению температуры, получающиеся при горении взрывчатых газовых смесей в бомбах, измеряя давления продуктов горения, т. е. произвели приближенную оценку этих температур по шкале воздушного термометра. Очевидно, деля количества тепла при постоянном объеме, соответствующие горению смесей, на найденные температуры, получим средние теплоемкости продуктов взрыва при постоянном объеме между пределами от 0° до этих температур, если только при взрыве не было диссоциации. Более точными являются результаты, принадлежащие Малляру и Ле Шателье, так как, разбавляя смеси инертными газами, эти авторы избегали получения особенно высоких температур, при которых можно было ожидать диссоциации Н<sub>2</sub>О и СО<sub>2</sub>, между тем как Бертело и Вьейль не прибегали к подобному приему. Если возьмем так называемые частичные теплоемкости, т. е. произведения средних теплоемкостей, отнесенных к 1 гр., на частичные веса соответствующих газов, то оказывается — они растут с температурой по формуле c<sub>v</sub> = а + bt, где а и b постоянные зависящие от состава газа, а именно:
Строка 341:
|}
Хотя температуры в опытах Малляра и Ле Шателье не шли выше 2500°, однако, предполагая, что найденные формулы для с<sub>v</sub> прилагаются и при дальнейшем нагревании, авторы нашли возможным вычислить температуры горения важнейших В. веществ («Mémoriales des poudres et salpêtres», t. II, p.) по формуле <math>t
{| class=standard
Строка 409:
Из равенства площадей ''oacdef'' и ''oabcef'', выражающих работы, следует, что треугольники ''abc'' и ''ecd'' равны, т. е. ''ab'' = ''ed'' и ''bc'' = ''се''. Следовательно, ''of'' = 2''og'', и потому в данном случае сопротивление Т, равное ''df'', соответствует сжатию ''of'', вдвое большему, чем сжатие ''og'', соответствующее действительному давлению P, равному ''cg'' (при предположении медленного его возрастания). Таким образом, имеем два крайних случая: 1) давление возрастает медленно — тогда оно непосредственно находится по таблице для Т; 2) давление возрастает столь быстро, что его можно считать постоянным во все время сжатия, — тогда оно равно величине Т, соответствующей вдвое меньшему сжатию, чем наблюденное.
Очевидно, при измерениях давлений какого-либо взрывчатого вещества нужно знать, какой из этих двух крайних случаев к нему применяется или имеет место еще некоторый средний случай. Для этого необходимо знать соотношение между быстротой развития максимума давлений τ для взятого взрывчатого вещества и промежутком времени τ<sub>0</sub>, необходимым для получения сжатия под действием данной постоянной силы, приложенной к цилиндрику без начальной скорости поршня. В самом деле, если последний промежуток τ<sub>0</sub> будет значительно менее первого τ (в два раза и более), то, понятно, ни в начале, ни к концу сжатия линия P не отклонится от линии Т, так как тогда поршень, производя сжатие, во всяком случае будет успевать повиноваться давлению газов. Наоборот, если τ сравнительно с τ<sub>0</sub> так мало, что его можно считать равным нулю, то это значит, что сжатие производится как бы постоянной силой. Для определения промежутка времени τ<sub>0</sub> Сарро и Вьейль, составляя уравнение движения поршня, сжимающего цилиндрик под действием постоянной силы, получили окончательно выражение:
Производя такие определения с поршнем около 60 гр., были найдены следующие результаты. Для обыкновенного пороха в различной степени его измельчения отношение
Следующая таблица содержит в себе данные для трех приведенных взрывчатых веществ (площадь основания поршня 1 кв. сан.):
Строка 438:
|}
Давления, отвечающие более высоким плотностям заряжания, находятся вычислением, определяя закон их изменения при малых плотностях, допускающих опыты в бомбах. Если взрывчатое вещество сполна превращается в газы, то отношение
{| class=standard
Строка 453:
|}
Откуда, изменение
[[Файл:Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b11_201-0.jpg|right|thumb|250px|Рис. 11. Кольцо Аббота для подводных взрывов. В центре привязан заряд. По окружности укреплены 6 крешеров.]]
Строка 463:
1) Если взяты два заряда одного и того же взрывчатого вещества и при одной и той же плотности заряжания, но различного объема, а следовательно и веса, то количество энергии, сообщаемое прилегающему слою на единице поверхности, постоянно и не зависит от веса заряда. В самом деле, эта энергия дается положительной работой газов, которая в данных условиях выражается произведением давления их на сжатие прилегающего слоя воды, но и давление и сжатие для обоих зарядов, очевидно, одинаковы.<br />
2) На всех сферах, последовательно передающих энергию, общее количество последней остается одно и то же, а следовательно, на единице поверхности убывает обратно пропорционально квадратам радиусов этих сфер или расстояний от центра заряда. Отсюда для двух зарядов с радиусами r и r<sub>1</sub> при расстояниях в окружающей воде (от центра) R и R<sub>1</sub> на единице поверхности сфер будут равные энергии, если <math>\frac{R
3) Если выразить энергии E<sub>r</sub> и Е<sub>R</sub> через
4) Энергия, сообщаемая каждому слою при волнообразном движении, делится на две равные части — кинетическую и потенциальную. Вследствие этого на единице поверхности какой-либо сферы получится давление в два раза меньшее сравнительно с тем, какое имело бы место, если бы такого деления не происходило.<br />
Строка 471:
Из этих положений следует: давление газов заряда (Р) равняется давлению (р) в какой-либо точке окружающей воды, умноженному на удвоенное расстояние (d), т. е. P = 2pd. Таким образом, при измерении громадных давлений в воде их можно сделать для наших измерительных приборов как угодно малыми, увеличивая d. Но употребление крешеров с этой целью здесь требует другого толкования показаний их сравнительно с бомбами.<br />
При прохождении шарообразных волн через крешеры, укрепленные в кольце Аббота, максимум давлений водяных частиц действует в течение такого бесконечно малого промежутка времени, что поршни крешеров не успевают произвести соответственного сжатия медных цилиндриков. Что это действительно так, доказательством служит изменение сжатия при одних и тех же условиях, в зависимости только от веса поршней. В самом деле, по мере уменьшения этого веса сжатия увеличиваются по гиперболической кривой:
S = 31 — 56 — 88 — 115 гр.<br />
Строка 477:
ε = 2,77 — 2,20 — 1,77 — 1,53 мм.<br />
Откуда ε = 250/(S + 70), а при S = 0 ε = 4,00 мм. Такому сжатию соответствует давление 2680 килогр. на все основание каждого поршня, которое было 2,36 кв. сант., следоват., на 1 кв. сант. P равно 1136 килогр. Для нахождения давления газов заряда на прилегающий ближайший слой воды нужно знать еще d = R/r, где R есть радиус кольца до поршней (34,5 сантим.), r — радиус шара, равного объему заряда, = 476/1,09; откуда d = 7,35. Таким образ., давление газов пироксилина Р при Δ = 1,09, равно 1136 x 7,35 x 2 = 16698 килогр. на 1 кв. сант. С прессованным пироксилином были сделаны подобные опыты и в других кольцах. В кольце с R = 63,5 сант. и с теми же крешерами заряд в 698 гр. сухого прессованного пироксилина при Δ = 1,00 и d = 11,54 производил сжатия, выражаемые формулой ε = 151/(S + 89); откуда при S = 0, ε = 1,70 мм и давление газов Р = 614 x 11,54 x 2 = 14170 килогр. на 1 кв. сантим. В кольце с R = 13,35 сант. заряд прессованного пироксилина в 63,6 гр. при Δ = 1,06 и d = 5,52 дал:
Нахождение давлений ''вычислением'' предполагает, что состав газов при максимуме температуры тот же, как и после охлаждения; что температура их вычислена близко к действительности и, наконец, что законы изменения их упругости с плотностью и температурой известны. Пусть 1 килогр. газов занимает при нормальных условиях V<sub>0</sub> литров, и положим, что мы заключили их в камере объема v литров и сообщили температуру t°. Если бы они были идеальные газы, т. е. строго повиновались законам Мариотта и Гей-Люссака, то давление их равнялось бы P = (V<sub>0</sub>/v)[(273 + t)/273]; означая V<sub>0</sub>/273 через R, (273 + t) — через Т (абсолют. темпер.), 1/v через Δ (плотность газов), это выражение принимает вид P = RTΔ. В применении к килограмму взрывчатого вещества, сполна превращающегося в газы, R и Т суть постоянные для него, Δ же — плотность заряжания. Но действительные газы не следуют строго законам Мариотта и Гей-Люссака, так как они представляют системы материальных частиц, занимающих известный объем и претерпевающих некоторое взаимное притяжение, притом — величины этого объема и притяжения для различных газов неодинаковы. Принимая во внимание оба приведенные фактора и выражая давление в килогр. на 1 кв. сант., Ван-дер-Ваальс вывел следующее уравнение: RT = (р + a/v<sup>2</sup>)(v — b), в котором величина ''а'' характеризует меру притяжения газовых частиц (она обратно пропорциональна квадрату емкости камеры), ''b'' служит мерой объема их. Клаузиус заменил это уравнение другим, более точным и в то же время более удобным для вычисления давлений: P = RT/(v — b) — a/Т(с + d)<sup>2</sup>, в котором значения ''а'' и ''b'' те же самые, но ''а'' принимается изменяющимся обратно пропорционально ''Т'' и квадрату суммы ''с'' + ''d'', представляющих новые две постоянные. Оба члена уравнения Клаузиуса применяются лишь при очень точных вычислениях; для приближенных же вычислений давлений, развиваемых взрывчатыми веществами, достаточно пользоваться упрощенным выражением Р = rt/(v — b), т. к. вторым членом, по его сравнительно малой величине, можно пренебречь. При расчетах вместо v удобнее вводить Δ, так как Δ = 1/v. Деля числитель и знаменатель на 1/v, получим Р = RTΔ/(1 — Δb). Следовательно, чтобы найти давление какого-либо вещества при данном Δ, нужно: 1) вычислить RT (причем R находится по формуле [(V<sub>0</sub> x 1,0333)/273]; 2) определить величину ''b'', характеризующую объем газовых частиц. Эта величина, представляющая некоторую вообще весьма малую, часть общего объема газов, взятых при нормальных условиях, по расчетам Сарро (С. R. t. 94, р. 639, 718, 845), для H<sub>2</sub>, N<sub>2</sub>, O<sub>2</sub>, СО, СО<sub>2</sub>, СН<sub>2</sub> и С<sub>2</sub>Н<sub>4</sub> изменяется от 0,00089 до 0,00136. Малляр и Ле Шателье принимают ее одинаковой для всех газов, а именно 0,001. Величины RT и ''b'', очевидно, суть характерные для каждого В. вещества; первая определяет сравнительную силу его, а вторая — большее или меньшее отклонение от простой пропорциональности давлений с плотностью заряжания, или наклон прямой, выражающей графически функцию P/Δ по Р, так как выражение Р = RTΔ(1 + bΔ) приводится к виду P/Δ = RT + dP.
|