Физическая энциклопедия - взрыв

очень быстрое выделение энергии в ограниченном объёме, связанное с внезапным изменением состояния в-ва и сопровождаемое обычно разбрасыванием окружающей среды. Наиболее характерными явл. В., при к-рых на первом этапе внутренняя химическая (или ядерная) энергия превращается в тепловую. По сравнению с обычным топливом хим. взрывчатые в-ва (В В) обладают небольшим тепловыделением (=4•103 кДж/кг (или =103 ккал/кг)), но из-за малого времени хим. превращения (=10-5 с), к-рое происходит без участия кислорода воздуха, в-во не успевает разлететься в процессе В. и образует газ с высокой темп-рой (2•1034•103К) и давлением до 10 ГПа (105атм). Расширение газа приводит в движение окружающую среду возникает взрывная волна, скорость распространения которой вблизи очага В. достигает несколько км/с. Взрывная волна оказывает механическое действие на окружающие объекты. При определ. темп-pax, давлении и др. параметрах конденсиров. ВВ и взрывоопасные газовые смеси могут храниться длит. время хим. реакции в них при этих условиях практически не идут. Однако при небольших изменениях указанных параметров может произойти резкий переход от крайне медленного протекания хим.

реакции к её прогрессивному самоускорению (автоускорению), т. е. к возникновению В. или к самовоспламенению (см. ГОРЕНИЕ). Наличие таких критич. условий характерная черта хим. ВВ. Тепловой В. осуществляется в условиях, когда оказывается невозможным тепловое равновесие между реагирующим в-вом и окружающей средой. При достаточно больших значениях энергии активации Е (разностях между ср.

энергией ч-ц, вступающих в хим. реакцию, и ср. энергией всех ч-ц в реагирующей системе) скорость хим. реакции w быстро возрастает с увеличением темп-ры Т ВВ по закону Аррениуса: w=zexp(-E/RT), где R универсальная газовая постоянная, z предэкспоненц. множитель, значение к-рого зависит от механизма элем. акта реакции. Таким же образом растёт и скорость тепловыделения Q+ в объёме в-ва V: Q+=Vqzexp(-E/RT) (q тепловой эффект реакции).

Теплоотвод же во внеш. среду Qчерез поверхность S зависит от Т гораздо слабее: Q-=l/r(T-T0)S (l коэфф. теплопроводности, r линейный размер тела, Т0 темп-ра среды). Условию теплового равновесия соответствует равенство Q+=Q-, т. е. выделяющаяся в ходе реакции теплота должна полностью отводиться через поверхность ВВ.

Вследствие сильной нелинейности ф-ции тепловыделения Q+(T) Рис. 1. Диаграмма Семёнова. такое равновесие не всегда возможно. На рис. 1 приведены графики скоростей тепловыделения Q+ и теплоотвода Q(прямые 1-3) при различных Т0 (диаграмма Семёнова). При низких Т0 (подкритич. состояние) графики Q+ (T) и Q-(T) пересекаются. Точка их пересечения а соответствует медленному течению реакции при темп-ре Г, мало отличающейся от Т(1)0.

При повышении Т0 прямые теплоотвода смещаются вправо, и при нек-рой критич. темп-ре Т о прямая 2 касается Q+(T), точка пересечения отсутствует, и, следовательно, тепловое равновесие невозможно. Если Т0>T*0 (надкритич. состояние), хим. экзотермич. реакция самоускоряется выделение теплоты приводит к повышению Т, что, в свою очередь, увеличивает скорость тепловыделения возникает тепловой В.

Условие возникновения теплового В. формулируется в виде неравенства d>d*, где безразмерный параметр d зависит от величин, характеризующих хим. реакцию, условия теплоотвода и размеры тела: а d*число, определяемое только формой тела (напр., для шара d*=3,32, причём в этом случае r радиус шара). Тепловой В. выражен тем ярче, чем лучше выполняются неравенства RT0/E .