Veel natuurlijke processen in een toestand van gewichtloosheid verlopen heel anders. Hoe en waarom dit gebeurt, is het begrijpen waard.
Hoe vindt verbranding plaats in zwaartekracht?
Verbranding is een chemische reactie waarbij oxidatie optreedt, er veel warmte vrijkomt en er ook verbrandingsproducten ontstaan. Om deze reactie te laten plaatsvinden, moet aan verschillende voorwaarden worden voldaan. Vuur vereist zuurstof, een brandbare stof en het vermogen om oxidatieproducten uit de ontstekingszone te verwijderen.
Om te begrijpen hoe dit proces plaatsvindt in vertrouwde omstandigheden, kun je overwegen om te branden met het voorbeeld van een kaars. Dit zal helpen om de vlam verder zonder zwaartekracht te vergelijken.
De kaars bestaat dus uit een katoenen lont, maar ook uit was, paraffine of stearine. Er wordt aangenomen dat de vlam wordt gevormd door het ontsteken van de pit, maar in feite is dit niet het geval. De dampen van de stof rond deze pit branden direct. De draad zelf is nodig om de brandbare stof naar de verbrandingszone te leiden.
Zo wordt aan alle voorwaarden voldaan: zuurstof zit in de lucht, er is een brandbare stof (was), verbrandingsproducten (kooldioxide en waterdamp) worden uit de zone verwijderd. Dit laatste proces wordt verklaard door het feit dat verwarmde en minder dichte lucht stijgt, hoger dan koud, en tegelijkertijd verbrandingsproducten afvoert. Als een kaars bijvoorbeeld in een hoge container wordt geplaatst, stopt deze met branden - de lucht zal overal hetzelfde opwarmen.
Gewichtloos branden
De aanwezigheid van zwaartekracht draagt bij aan de vorming van convectiestromen - het verschil tussen warme en koude lucht. Hete roetdeeltjes die opstijgen, geven een gloed af. Daarom heeft de vlam zo'n langgerekte vorm en kan worden overwogen.
Bij zwaartekracht treden dergelijke convectiestromen niet op. Omdat de roetdeeltjes niet opstijgen, heeft de kaarsvlam de vorm van een bol. Na korte tijd houdt de zuurstof in de brandzone van de kaars op. In plaats daarvan wordt een grote hoeveelheid koolmonoxide gevormd - koolmonoxide. Vlamverbranding zal enkele minuten doorgaan.
Ook interessant is de kleurverandering van de vlam. Onder invloed van zwaartekracht brandt de kaars voornamelijk in geel door het hete roet. De verbrandingstemperatuur is 1227 - 1721 graden Celsius.
En bij zwaartekracht heeft het vuur niet genoeg zuurstof, dus wordt de zogenaamde "koude" verbranding waargenomen, waarvan de temperatuur 227 - 527 graden Celsius is. Roet wordt in kleine hoeveelheden gevormd, omdat hiervoor minimaal 1000 graden nodig is. In dit geval komt waterstof vrij, waardoor de vlam een blauwe tint krijgt.
Interessant feit: als je een kaars aansteekt en constant op de foto de stadia van het branden vaststelt, kun je een ongewoon fenomeen opmerken. Eerst zal het oplichten met de gebruikelijke felle gele kleur, dan zal de vlam halfblauw worden en dan helemaal blauw worden. Dus hoe minder zuurstof er wordt, hoe meer de vlam kleurt.
De studie van het gedrag van vlammen zonder zwaartekracht is van groot belang voor de ruimtevaart. Daartoe voeren wetenschappers en onderzoekers verschillende experimenten uit. Ze helpen de veiligheid van ruimtevaartuigen en astronauten te verbeteren.
Zo worden experimenten uitgevoerd aan boord van het International Space Station in een speciaal compartiment. Onderzoekers steken kleine druppeltjes brandstof in brand en observeren hun gedrag. Het branden duurt ongeveer 20 seconden. Een brandstofbol is omgeven door een vurige bol met een diameter van 2-4 mm.
Het is opmerkelijk dat wanneer de zichtbare verbranding eindigt, de zeer "koude" begint, wat erg moeilijk te overwegen is. Maar als je zuurstof toevoegt of brandstof toevoegt, laait de vlam meteen weer op.
Onder omstandigheden zonder zwaartekracht neemt de vlam de vorm van een bol aan, omdat er geen convectiestromen optreden vanwege de afwezigheid van zwaartekracht (onder normale omstandigheden stijgt warme lucht boven koude). Het branden wordt korte tijd waargenomen. De vlam is aanvankelijk geel, maar krijgt al snel een blauwachtige tint en wordt dan helemaal blauw. Dit komt doordat zuurstof ophoudt en de verbrandingstemperatuur aanzienlijk daalt - tot 227 - 527 graden Celsius. Een dergelijke verbranding wordt 'koud' genoemd. In dit geval ontstaat er een beetje heet roet en komt waterstof vrij, waardoor de kleur van het vuur verandert.