Експлозиви се супстанции кои се подложени на брза хемиска реакција, произведувајќи гас, топлина и притисок. Овие материјали можат да ослободат значителна количина на енергија за многу кратко време. Експлозиви се користат во различни области за контролирано уривање, рударство, воени апликации и огномет. Во оваа лекција, ќе го истражиме концептот на енергија во експлозивите, како се ослободува оваа енергија и влијанието што може да го има.
Пред да нурнете во експлозиви, клучно е да разберете што е енергија. Енергијата е способност да се работи или да се предизвика промена. Постои во различни форми, како што се кинетичка енергија, потенцијална енергија, топлинска енергија и хемиска енергија. Експлозивите првенствено се занимаваат со хемиска енергија, која се складира во врските помеѓу атомите и молекулите. Кога овие врски се скршени или формирани, енергијата се ослободува или апсорбира.
Експлозиви се подложени на брза хемиска реакција позната како распаѓање или согорување. Распаѓање е кога едно соединение се распаѓа на помали соединенија или елементи, ослободувајќи енергија. Согорувањето, од друга страна, вклучува реакција на експлозивот со кислород, произведувајќи оксиди, топлина и притисок.
Општата равенка за едноставна реакција на согорување може да се изрази како:
\( \textrm{Гориво} + \textrm{О}_2 \rightarrow \textrm{CO}_2 + \textrm{Х}_2\textrm{О} + \textrm{Енергија} \)Оваа реакција покажува како хемиската енергија складирана во горивото се претвора во топлинска енергија (топлина), механичка енергија (притисок) и формирање на гасови како јаглерод диоксид и водена пареа.
Ниски експлозиви: Овие експлозиви се разгоруваат, што значи дека горат наместо да детонираат. Реакциониот фронт се движи низ експлозивот со помала брзина од брзината на звукот. Примерите вклучуваат црн прав и прашок без чад. Тие се користат за погон и пиротехника.
Високи експлозиви: овие материјали детонираат, при што предниот дел на реакцијата се движи побрзо од брзината на звукот. Оваа брза реакција предизвикува ударен бран. Примерите вклучуваат ТНТ, динамит и C-4. Тие се користат за уривање, рударство и воени цели.
Ослободувањето на енергија во експлозивот се одредува според неговиот хемиски состав и брзината на хемиската реакција. Ова ослободување може да се квантифицира со користење на концептот на енергетската густина или количината на ослободена енергија по единица маса или волумен на експлозивот.
На пример, ТНТ (тринитротолуен) има енергетска густина од приближно \(\textrm{4,184 МЈ/кг}\) . Ова значи дека 1 килограм ТНТ може да ослободи 4,184 мегаџули енергија при детонација. Ослободувањето на енергија може да произведе различни ефекти, вклучително и генерирање топлина, производство на бранови од експлозија и придвижување на фрагменти.
Брзото ширење на гасовите произведени при детонација на силно експлозив генерира ударен бран под висок притисок, кој е одговорен за голем дел од штетата поврзана со експлозиите.
Експлозивната моќ често се мери со користење на концептот на еквивалентност на ТНТ. Ова е метод за квантифицирање на енергијата ослободена од експлозија во однос на еквивалентната маса на ТНТ што би го произведувала истиот излез на енергија.
На пример, ако експлозивот има еквивалент на ТНТ од 2 килограми, тоа значи дека експлозивот ослободува иста количина на енергија како 2 килограми ТНТ кога ќе се активира.
Иако деструктивната моќ на експлозивите можеби е првото нешто што ќе ви падне на ум, тие имаат многу апликации каде што нивното брзо ослободување енергија е корисно. Еве неколку примери:
И покрај нивната корисност, со експлозивите мора да се ракува со голема претпазливост. Тие можат да претставуваат значителни безбедносни ризици, вклучувајќи случајни детонации и токсични нуспроизводи. Понатаму, неправилната употреба на експлозиви може да има штетни ефекти врз животната средина, како што се загадување со бучава, загадување на воздухот и уништување на живеалиштата.
Затоа, производството, транспортот и детонирањето на експлозиви се регулирани со строги безбедносни протоколи и еколошки прописи за да се минимизираат ризиците за луѓето и животната средина.
Експлозивите се моќни алатки кои, кога се користат одговорно, можат да служат за различни цели во индустријата, градежништвото и забавата. Разбирањето на науката зад нивното ослободување енергија ни овозможува ефикасно и безбедно да ја искористиме оваа моќ. Како и кај сите технологии, важно е да се балансираат придобивките и ризиците за да се осигура дека нивната употреба позитивно придонесува за општеството и животната средина.
