Как да гасите огън ... мълния

Щетите, причинени от пожари, е трудно да се надценят. Човечеството непрекъснато е във война с огъня, предоставяйки пожарните услуги начело с най-новите оръжия - от мощни водни пушки и дълги стълби за коли до индивидуални дихателни апарати и костюми, изработени от устойчиви на топлина материали. Но "боеприпасите" се използват все едно.

Водата гаси изгарящите материали, охлажда ги до температура под точката на горене, пяната изолира огъня от кислород, газът измества въздуха, като лишава огъня от кислород, който поддържа изгарянето (като прах, който при нагряване изпуска негорими газове). По принцип тези методи на дядо не са толкова лоши - те са евтини и доста ефективни, стига да говорим за сравнително „прости“ пожари. Междувременно в съвременния свят има чести случаи, когато водата или пяната са строго противопоказани: например по време на пожари в центрове за данни или електроцентрали се използва газ (обикновено въглероден диоксид) или прах.

Лудовико Кадемартири, доцент, катедра „Материалознание“, Държавен университет в Айова, изследовател в лабораторията на Еймс от Министерството на енергетиката на САЩ: „Контролът на пламъка с помощта на електрически полета е много обещаващ, когато традиционните технологии за пожарогасене се справят лошо: например пожари в тесни пространства на кораби или самолети. Тази технология е особено полезна в онези случаи, когато не е необходимо да гасим огъня, а именно да го контролираме - в двигатели с вътрешно горене, в ТЕЦ, при газово заваряване и резачки. “

А изграждането на съвременни леки сплави е истински кошмар за пожарникарите: изгарянето на магнезий е в състояние успешно да извлича кислорода, необходим за изгаряне от вода или въглероден диоксид. Към това добавете сложността и теснотата на, да речем, вътрешността на кораби и самолети - и ето го, истински ад. Ето само един пример: през май 2008 г. на борда на американския самолетоносач Джордж Вашингтон избухна пожар, който причини щети на стойност 70 милиона долара, тъй като не можеше да бъде потушен в продължение на 12 часа.

Физика вместо химия

През същата 2008 г. Американската агенция за отбранителни инициативи, заедно с Министерството на енергетиката, обявиха началото на финансирането на изследователския проект на IFS (Незабавно противопожарно потискане, „Бързо противопожарно потискане“), в който се планираше да се разработят принципно нови подходи за борба с пожари.

Най-точните везни в света и как работят

Изследователите, работещи по проекта IFS, не се фокусираха върху екзотермичната химическа реакция, а върху факта, че от гледна точка на физиката пламъкът е плазма, тоест йонизиран газ. IFS разгледа два основни подхода за контрол на пожара - електромагнитни и акустични ефекти.

Фактът, че пламъкът реагира на електрическо поле, е известен от почти двеста години, но едва през 2011 г. те решават да използват този ефект за полезни цели. На годишната конференция на Американското химическо дружество група изследователи, водени от професора по химия в Харвард Джордж Уайтсайд, демонстрира как пламъкът се огъва, когато е изведен от електрод, към който се прилага променливо високо напрежение, сякаш се опитва да се отдръпне, а след това напълно изгасне, откъснат от "храна" от електрически сили: „Причината е, че пламъкът е плазма, тоест йонизиран газ, който също съдържа заредени частици като сажди“, казва съавторът Лудовико Кадемартири. „Успяхме да потушим пламъка на горящ метан с площ от около 10 см², използвайки доста компактен източник на напрежение в домакинството с мощност около 600 вата.“

Извикайте силно

DARPA разгледа друг подход в програмата IFS - акустичен. Оказва се, че акустичните вълни, излъчвани от високоговорителите, са доста способни да гасят кювета с горещо течно гориво. Както са установени проучванията, този ефект се основава на две основни причини. Първо, акустичните вибрации увеличават скоростта на въздушния поток и по този начин намаляват дебелината на повърхностния слой, където се извършва горенето. Второ, акустичните вълни действат и върху повърхността на течното гориво, увеличавайки скоростта на изпаряване, което увеличава зоната на горене ..., но от друга страна, понижава температурата на пламъка. И това прави възможно свалянето на пламъка при излагане на определени акустични честоти.

При експерименти, проведени от група учени от Химическото училище на Харвардския университет, метан горелка е поставена между два електрода, екранирани със стъклена изолация. Към електродите е приложено електрическо напрежение, което създава електрическо поле от 75 kV / m в пространството. На лявата снимка се вижда поведението на пламъка, направено със снимка на шлирен (метод за визуализиране на фазово изкривяване в прозрачна среда), когато към електродите се прилага постоянно напрежение. От дясната страна има пламък под въздействието на променливо напрежение (800 Hz): "йонният" вятър разбива пламъка, издувайки го от горящи материали.

Въпрос на бъдещето

Разбира се, докато тези експерименти са много далеч от практическото им изпълнение и повече приличат на циркови трикове. "Засега можем да гасим мачове само в пепелник и да отклоняваме пламъци", казва Матю Гудман, ръководител на програмата на IFS на DARPA. „Мащабирането на тези ефекти е много трудна задача.“ Но първата стъпка към възможността в бъдеще да потуши възникналия пожар с едно докосване на електрически превключвател вече е направена.

Статията „Гръм и мълния срещу огън“ е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 9, септември 2013 г.). Харесва ли ви статията?

Най-интересните новини от света на науката: свежи открития, снимки и невероятни факти във вашата поща. добре Съгласен съм с правилата на сайта Благодаря. Изпратихме потвърждение на вашия имейл.

Препоръчано

Кървави следи: криминална физика
2019
T. amplectus: как изкопаемата влечуга стана ябълка на спора
2019
Големият атрактор: Тайните на образа на Ланякей
2019