Теплота взрыва

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Теплота взрыва (удельная энергия[1]) или теплота взрывчатого превращения[2] — количество тепла, выделяемое при взрывчатом превращении 1 моля или 1 кг взрывчатого вещества, является одной из существенных характеристик взрывчатого вещества[3]; это один из тепловых эффектов в теории взрывчатых веществ наряду с теплотой образования и теплотой сгорания взрывчатых веществ[4].

Также теплотой взрыва называют общий тепловой эффект химических реакций во фронте детонационной волны и реакций, длящихся при адиабатическом расширении продуктов взрыва по завершению реакций[3].

Единицы измерения: ккал/кг[3], кДж/кг[5], ккал/моль[3], Дж/моль[3], Дж/кг[3][6].

В формулах, как правило, обозначается Qв[6], Qвзр[3][7].

Теплота взрыва используется для определения способностей того или иного взрывчатого вещества[6].

Расчет и определение теплоты взрыва[править | править код]

Теплоту взрыва определяют:

Показатели теплоты взрыва, определяемые опытным путём, в настоящее время достигают точности 0,1 %[8]. В качестве типовых условий используют температуры 0 ° и 18 °С, давление 10 Па[9].

Теоретический расчёт теплоты взрыва возможен в случае наличия точной информации о составе продуктов взрыва который, в свою очередь, определяется как характеристиками заряда, так и свойствами взрывчатого вещества, а также условиями взрывания[3][8][10]. Расчётный способ применяется в тех случаях, когда невозможно провести эксперимент или нужны теоретические данные ещё не синтезированного взрывчатого вещества или взрывчатой системы[8].

Встречающиеся численные значения теплот взрыва различных веществ принимаются как неизменные для каждого из них, в то же время на эти показатели влияет и характеристика заряда, и условия охлаждения, что приводит к изменению теплового эффекта реакции[11]. Таким образом теплота взрыва не постоянная величина и колеблется в определенных пределах, например, у широко применяемых взрывчатых веществ — от 1000 до 1500 ккал/кг[3][12].

Виды теоретических расчётов теплоты взрыва[править | править код]

Уравнение Малляра — Ле Шателье и Бринкли — Вильсона

Теоретический расчёт теплоты взрыва проводится по общим правилам уравнений распада взрывчатых веществ Малляра — Ле Шателье или Бринкли — Вильсона, особенно для взрывчатых веществ с небольшим отрицательным, нулевым или положительным кислородным балансом. Для веществ с отрицательным кислородным балансом применение уравнений Малляра — Ле Шателье недопустимо, так как результат не соответствует показателям, полученным опытным путём, поэтому применяется уравнение Бринкли — Вильсона, где результат больше соответствует экспериментальным теплотам, но даже в этом случае у тротила результаты завышены[13].

Закон Гесса

Обычно для расчёта теплоты взрыва используют закон Гесса, как основанный на первом начале термодинамики, согласно которому общий тепловой эффект определяется начальным и конечным состоянием системы[9], то есть в отношении теории взрыва теплота взрыва должна составлять разницу между теплотой образования продуктов взрыва и теплотой образования взрывчатого вещества[3][7]:

  • Qвзр = Σqпв – qвв,

где Qвзр — теплота взрыва, Σqпв — теплота образования продуктов взрыва, qвв — теплота образования взрывчатых веществ[7].

  • Qвзр = Q2 – Q1,

где Qвзр — теплота взрыва, Q2 — теплота образования продуктов взрыва, ккал/Дж; Q1 — теплота образования взрывчатого вещества или его составных частей, ккал/Дж[3][9].

Общая информация[править | править код]

Показатель теплоты взрыва в определённых пределах зависит от толщины и материала оболочки, куда помещен заряд, а с увеличением плотности заряда значения теплоты взрыва повышается по линейному закону[13].

Теплота взрыва разделяется на:

  • теплота детонации (или малая теплота взрыва) — минимальный средний показатель теплоты, определяющий детонационный режим, выделяясь в детонационной волне и передаваясь ей полностью; её экспериментальное определение до настоящего времени затруднено. Может изменяться от давления в детонационной волне[10][13].
  • фугасная теплота — теплота взрыва в массивной оболочке. Промежуточная между теплотой детонации и максимальной теплотой. Зависит от плотности заряда и толщины оболочки; изменения зависят от давления внешней среды и газодинамических условий процесса расширения продуктов взрыва[10][13].
  • максимальная теплота — является константой взрывчатых веществ ввиду того, что определяется исключительно составом взрывчатого вещества, вне зависимости от начального и конечного размеров состояния продуктов взрыва. Позволяет увидеть предельные возможности взрывчатого вещества, в случае, если необходим результат полного превращения химической энергии в тепловую[10][13].

Для установления фугасной теплоты взрывчатого вещества на практике используются следующие приёмы:

Примеры влияния на показатели теплоты взрыва[править | править код]

В случаях детонации плотных зарядов взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом, которые помещены в массивную оболочку, наблюдается дополнительное выделение тепла без увеличения скорости детонации, так, при взрыве тротила, спрессованного в латунную оболочку толщиной 4 мм, выделяется на 25 % больше энергии (1080 кал/г), чем при взрыве аналогичного по весу и плотности заряда тротила в слабой слеклянной оболочке толщиной 2 мм (840 кал/г). Такой же эффект наблюдается у пикриновой кислоты, тетрина, гексогена. При этом увеличение теплоты взрыва за счет уплотнения и оболочки отслеживается только у взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом, у других смесевых взрывчатых веществ с небольшим, нулевым или положительным кислородным балансом (ТЭН, глицерин) данный эффект не прослеживается[3][13].

Дополнительное выделение теплоты взрыва может зависеть от медленного протекания химических реакций генераторного газа, не усиливающих детонационную волну[3][7][13].

Росту показателя теплоты взрыва способствует приращивание, измеренного для свободных и утяжеленных зарядов, импульса детонационной волны[13].

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]