Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

Broń współczesna

Moderator: Moderatorzy

Wiadomość
Autor
Tarnow_A
Posty: 102
Rejestracja: 3 grudnia 2018, 11:52

Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#1 Post autor: Tarnow_A » 23 czerwca 2020, 08:14

Jak sobie wyobrażacie zjawisko wybuchu?

Ja sobie wyobrażam to w ten sposób ( nie wiem na ile prawdziwy ) :

istnieje zbiór wieloatomowych cząsteczek. Atomy w cząsteczce są ze sobą połączone ( związane ) przy pomocy wiązań atomowych ( jonowe? kowalencyjne? coś na zasadzie pola sił magnesu ).

To wiązanie wyobrażam sobie jako drucik który nieustannie drga ze stałą ampituda. W momencie zapłonu ( uderzenia grotu iglicy w spłonkę ) do takiego zbioru przekazywana jest energia, której impuls jest na tyle duży że te połączenia niszczy ( drucik pęka ).

Drucik pękając przekazuje ampitudę swoich drgań do sąsiadów, i trwa to dopóki jacyś sąsiedzi (cząsteczki wieloatomowe) istnieją. Niezwiązane już cząsteczki stają się np. atomami lub innymi cząsteczkami. Zjawisko to przebiega z prędkością dzwięku np. w dynamicie albo azydku ołowiu.

Sądzę że ta prędkość jest niższa (ze względu na opory ośrodka) niż w powietrzu.

A jak Wy to sobie wyobrażacie? A może mój pogląd na to zjawisko jest błędny?

A jak to może wyglądać w nanoskali?
Małymi krokami - wielkie cele osiagaj.

dexter 1990
Posty: 3535
Rejestracja: 6 lutego 2005, 21:23

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#2 Post autor: dexter 1990 » 23 czerwca 2020, 10:36

Przebiega szybciej niż w powietrzu. Przecież nawet do 10000m/s (chyba w oktogenie? nie pamiętam). Generalnie przebiega toto jak każda inna egzoenergetyczna reakcja analizy. Uwolniona energia wystarcza do zainicjowania rozpadu kolejnych czastek i kolejnych... A pozostała energia leci w ciepło i stąd mamy falę uderzeniową. Wszystko można sobie dość łatwo policzyć z kinetyki reakcji ale po co skoro dane są zestawione w tabelach i można je wygrzebać bez liczenia na piechotę :).

Tarnow_A
Posty: 102
Rejestracja: 3 grudnia 2018, 11:52

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#3 Post autor: Tarnow_A » 23 czerwca 2020, 10:52

Chodzi o zrozumienie zjawiska i jego wyobrażenie. Ja rozumiem że zjawisko przebiega z szybkością dźwięku do momentu rozpadu wiązań, póżniej na skutek reakcji łańcuchowej (kaskadowej) jest już wyższe tempo przebiegu reakcji. Zdaje się wybuch piorunianu rtęci to 5000 m/s

Za falę uderzeniową rozumiem lokalną zmianę ciśnienia ( a zatem prędkości cząstek w jakiejś objetości oraz częstości uderzeń w ściankę zbiornika) trwającą do momentu wyrównania ciśnienia z otoczeniem.

Zwiększenie energii = zwiększenie prędkości
Małymi krokami - wielkie cele osiagaj.

dexter 1990
Posty: 3535
Rejestracja: 6 lutego 2005, 21:23

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#4 Post autor: dexter 1990 » 23 czerwca 2020, 14:47

Do momentu rozpadu wiązań zjawisko... Nie przebiega. Istotą reakcji chemicznej jest zawsze zrywanie i tworzenie wiązań chemicznych. Ewentualnie jonizacja, odrywanie czy przyłączanie elektronu. Chcemy wchodzić w chemię fizyczną, teoretyczną i zgłębiać temat rzetelnie od podstaw? Połowy rzeczy że studiów nie pamiętam :D.

Awatar użytkownika
maziek
Posty: 8544
Rejestracja: 9 września 2006, 22:46

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#5 Post autor: maziek » 24 czerwca 2020, 09:35

W ogóle jeśli wybuch (detonacja) to z definicji przebiega on szybciej, niż prędkość dźwięku w danym materiale (czyli prędkość przenoszenia się zaburzenia mechanicznego, zaburzenia gęstości). Przeważnie wielokrotnie szybciej. Kwestia prędkości dźwięku w materiale to nie znam dla m.w. ale przez analogię materiały elastyczne czy plastyczne będą miały przypuszczalnie tę prędkość mniejszą (guma ma kilkadziesiąt m/s, ale z drugiej strony ołów ma o ile pamiętam coś pod 1300 m/s, a złoto, mimo że jest jeszcze bardziej miękkie, jeszcze więcej - decyduje i gęstość, i sztywność, czy mówiąc "odwrotnie", elastyczność ). Tak więc prędkość detonacji nie jest związana z prędkością dźwięku w danym materiale ani nawet nie jest w proporcji do niej.
ukłony...

PS
dexter 1990 pisze:
23 czerwca 2020, 10:36
Uwolniona energia wystarcza do zainicjowania rozpadu kolejnych czastek i kolejnych... A pozostała energia leci w ciepło i stąd mamy falę uderzeniową. Wszystko można sobie dość łatwo policzyć z kinetyki reakcji ale po co skoro dane są zestawione w tabelach i można je wygrzebać bez liczenia na piechotę :).
No właśnie i tu pytanie zasadnicze, co konkretnie powoduje rozpad kolejnych cząsteczek? Czy jest to czoło fali uderzeniowej (czynnik makrofizyczny, ciśnienie, temperatura), czy czynnik mikro - rozpędzone produkty rozpadu poszczególnych cząsteczek, fotony, elektrony i tak dalej, wyprzedzające tę falę? Kiedyś próbowałem to ustalić, ale nie doszedłem do sedna. Czy więc najpierw postępuje w mw fala uderzeniowa i ona wyzwala kolejne rozpady, czy jeszcze przed czołem fali podąża forpoczta drobiazgu atomowego i subatomowego a fala jest efektem a nie przyczyną? Niby sama fala uderzeniowa może zainicjować detonację, ale to w sumie żaden dowód, że papierosa można zapalić i zapałką, i maszynką.
ukłony...

Tarnow_A
Posty: 102
Rejestracja: 3 grudnia 2018, 11:52

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#6 Post autor: Tarnow_A » 24 czerwca 2020, 10:43

Właśnie, co konkretnie? Zerwane wiązanie przenosi nadmiar energii poprzez atom ( cząsteczkę ) na dalsze wiązania powodując ich rozpad, i tak dalej? Czy impuls iglicy jest na tyle duży że wszystkie naraz wiązania w materiale inicjującym ulegają zniszczeniu od razu?

A może impuls energii mechanicznej powoduje wzajemne odsunięcie się (nie wiem - gluonów ? )atomów na taką odległość że wiązanie nie może być utrzymane?

Co jest tym uwolnieniem energii? Zwiększenie ampitudy drgań wiązań?

Na rysunku jest wzór strukturalny azydku ołowiu. Mogę sobie wyobrazić sobie że spłonka trafia w jedną, a reszta cząsteczek?

Są niezależne od siebie jak ziarenka piasku w piaskownicy?

Jeden mol azydku ołowiu zawiera 602 000 000 000 000 000 000 000,00 cząsteczek. Pewnie da się to przeliczyć na gramy i objętość MW.

Poniżej model azodku ołowiu. Zwróccie uwagę ile jest tu elektronów!
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.
Małymi krokami - wielkie cele osiagaj.

Awatar użytkownika
maziek
Posty: 8544
Rejestracja: 9 września 2006, 22:46

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#7 Post autor: maziek » 24 czerwca 2020, 11:30

Energia jest ogólnie przenoszona przez fotony albo cząstki jak np. elektrony. Do poziomu jądra to nie schodzi bo mielibyśmy broń jądrową :) . Ja napisałem "subatomowy" ale to zanim kawę wypiłem - miałem na myśli subcząsteczkowy (elektrony np.) a nie to co w środku atomu. Trudno powiedzieć, że iglica (chyba o to Ci chodziło) trafia w jedną cząsteczkę ołowiu bo to jest skala makro do mikro - jak to napisane było w "Okręcie" o pewnej pannie, która kombinowała, kto jest ojcem jej dziecka - co wywołało komentarze, że to tak, jakby siadła w tartaku dupą na piłę tarczową a potem się zastanawiała, który ząb ją zaciął ;) . Myślę, że iglica wywołuje raczej falę uderzeniową.
ukłony...

dexter 1990
Posty: 3535
Rejestracja: 6 lutego 2005, 21:23

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#8 Post autor: dexter 1990 » 24 czerwca 2020, 11:35

Kwant energii niesionej np przez foton lub inna falę elektromagnetyczną. Jak się zagłębiamy w poziom atomów i cząsteczek, wiązań itp to wszystko i tak sprowadza się do elektronów i ich energii. Czy w coś walniesz czy to podgrzejesz to w zasadzie bez znaczenia :). Jeśli jakiś elektron "oberwie" energią (np fotonem) wystarczającą do "przesunięcia" go na inny poziom energetyczny (bo elektron w atomie czy czasteczce nie może przyjmować dowolnej energii, w końcu energia jest kwantowana)- bingo, może nam się rozpaść lub powstać jakieś wiązanie. A układ (czyli cząsteczka na przykład) zawsze dąży do osiągnięcia stanu o niższej energii wewnętrznej. Czasami wymaga to jednak wstępnego dostarczenia energii dla zapoczatkowania reakcji.

Na rysunku nie jest wzór strukturalny azydku ołowiu, to prędzej jakiś rodzaj szkicu, ale nie wzór strukturalny. To jest wzór strukturalny (zaznaczono dodatkowo ładunki cząstkowe) https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ ... de.svg.png

Nie są od siebie niezależne jak ziarenka piasku, znajdują się w sieci krystalicznej. W dodatku w sieci krystalicznej nie znajdują się cząsteczki tylko jony. A ze wzoru strukturalnego widzimy w dodatku, że hybrydyzacja każdego atomu azotu w grupie azydkowej jest inna :D. Masa molowa azydku ołowiu(II) to 291g/mol.

Uwolnieniem energii nazwiemy emisję kwantów energii po rozpadzie wiązań. Ostatecznie zostanie wypromieniowana jako ciepło. Falę uderzeniową też sprowadzamy oczywiście do ciepła. Jeśli weźmiesz równanie reakcji rozpadu azydku ołowiu i policzysz energię wiązań po stronie produktów i po stronie substratów- nie będą one równe. Ta różnica, ten "nadmiar" energii to to co może nam urwać palec :).

Zgłębianie tematu można zacząć tutaj: https://pl.wikipedia.org/wiki/Energia_aktywacji ale ostrzegam, że im głębiej w las tym więcej drzew i po chwili zaczyna się robić dość skomplikowanie. Przy okazji chyba jednak sobie odświeżę trochę wiedzy ze studiów bo zaraz pewnie zaczną się bardziej skomplikowane pytania :D.

dexter 1990
Posty: 3535
Rejestracja: 6 lutego 2005, 21:23

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#9 Post autor: dexter 1990 » 24 czerwca 2020, 11:40

Coś tu się w międzyczasie dopisało i wyedytowało więc jeszcze dopiszę: na obrazkach kolegi Tarnow_A mamy atomy wyobrażone według modelu Bohra. To znacznie utrudni zrozumienie mechanizmów zachodzenia reakcji. Model Bohra jest modelem BŁĘDNYM. Jest wystarczający do poziomu podstawówki. Ja się go uczyłem jeszcze w gimnazjum ale kiedy to ja stałem pod tablicą w gimnazjum, kilka lat później, model Bohra nie był nauczany już na tym etapie. Posługiwanie się modelem Bohra uniemożliwia wyjaśnienie szeregu kluczowych zjawisk. Punktem wyjścia do takich dyskusji musi być zrozumienie terminu orbitali elektronowych i hybrydyzacji orbitali. Zapomnij o tym, że elektrony krążą po orbitach. A już na pewno nie wyobrażaj ich sobie jako sfer. Elektrony nigdzie nie krążą tylko znajdują się na orbitalu z pewnym prawdopodobieństwem w pewnym obszarze. Obszary te nawet zwykle nie sa kuliste :D.

Awatar użytkownika
maziek
Posty: 8544
Rejestracja: 9 września 2006, 22:46

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#10 Post autor: maziek » 24 czerwca 2020, 13:32

Pies trącał model Bohra - ale co leci szybciej - fala uderzeniowa, czy fotony lub inne elektrony, stanowiąc postępujące czoło inicjacji wybuchu w materiale wybuchowym?
ukłony...

Tarnow_A
Posty: 102
Rejestracja: 3 grudnia 2018, 11:52

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#11 Post autor: Tarnow_A » 24 czerwca 2020, 13:51

Co powoduje powstawanie czoła fali uderzeniowej ( wiem że to fala różnicy ciśnień), ale nie bardzo mogę sobie wyobrazić że elektrony to powodują - chyba że tym czołem ciśnień są właśnie elektrony.

Podejrzewam jednak że to uwolnione z dużą prędkością cząsteczki tlenu, azotu, siarki, ołowiu ( ogólnie mówiąc gazowych produktów spalania materiału wybuchowego ).

Swoją drogą to równanie to równanie różniczkowe czy jakieś normalne ( klasyczne - wielomianowe ) ??
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.
Małymi krokami - wielkie cele osiagaj.

Awatar użytkownika
maziek
Posty: 8544
Rejestracja: 9 września 2006, 22:46

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#12 Post autor: maziek » 24 czerwca 2020, 17:48

Molekuły powietrza w warunkach normalnych mają średnie prędkości (ściślej średniokwadratowe) w okolicy 400 m/s (rozkład Maxwella) i są swobodne - zderzają się idealnie sprężyście. Dźwięk to jest przeniesienie ruchu (pędu) - jeśli np. membrana głośnika zadrży, to przekaże dodatkową prędkość (pęd)w kierunku prostopadłym do swojej powierzchni cząsteczkom gazu, które akurat w nią uderzyły i się od niej odbiły. Te cząsteczki nie zalecą daleko, bo średnia swobodna droga molekuły w normalnych warunkach to na pamięć koło 1/10 mikrometra, ale wskutek kolejnych zderzeń, ponieważ są sprężyste, ten dodatkowy pęd rozprzestrzenia się od membrany jako zaburzenie zwane dźwiękiem i słabnie, ponieważ większośc zderzeń jest niecentryczna (dlatego dźwięk rozchodzi się falą kulistą od źródła). W związku z tym prędkość dźwięku musi być i jest zależna od owej średniokwadratowej prędkości molekuł w danej temperaturze. Dlatego przy spadku temperatury prędkość dźwięku maleje, a przy wzroście - rośnie, i to całkiem szybko i sporo wbrew pozorom.

Teraz jeśli tę membranę wymienisz na przykład na dziób samolotu lecącego z prędkością naddźwiękową, to prędkość (pęd) przekazany odbijającym się od niego molekułom powietrza będzie porównywalny do średniokwadratowej prędkości w nieruchomym powietrzu (i będzie się z nią sumował) - powstanie więc grupa (wał, chmura, jak zwał, tak zwał) molekuł, które poruszają się w przód od dziobu np. 2x szybciej niż typowa prędkość w nieruchomym powietrzu - czyli poruszają się szybciej, niż prędkość dźwięku w powietrzu. Ponieważ poruszają się szybciej od prędkości dźwięku w ośrodku, mimo że po drodze trafiają na inne molekuły i się rozpraszają, zburzenia tym wywołane nie mogą ich wyprzedzić, bo same poruszają się tylko z prędkością dźwięku. W przypadku samolotu formuje to falę uderzeniową. W obszarze fali typowe prędkości molekuł są naddźwiękowe i maleją na skutek rozpraszania w kierunku do przodu, aż dochodzą do punktu zrównania z prędkością dźwięku, gdzie występuje turbulentne czoło. Dokładnie to możesz obserwować lejąc spokojnym strumieniem wodę z kranu na płaskie dno zlewozmywaka - woda rozchodzi się koliście gładko na boki aż do spienionego wału, który jest w miejscu, w którym prędkość wody spada poniżej prędkości fali na wodzie.

Jeśli zastąpić skrzydło wybuchem to dalej jest wszystko tak samo, tylko bez podtrzymania.
ukłony...

Tarnow_A
Posty: 102
Rejestracja: 3 grudnia 2018, 11:52

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#13 Post autor: Tarnow_A » 25 czerwca 2020, 08:41

Należy więc wnioskować że czołem ciśnienia są cząstki powietrza wymieszane z gazowymi produktami spalania materiału wybuchowego o prędkości wyższej od otaczającej atmosfery? Dobrze rozumiem?

Istnieje krótki okres czasu gdy proces spalania ładunku prochowego już się rozpoczoł ( np. wyobraźmy sobie w postaci pojedyńczego ziarenka prochowego w kształcie walca) ale jeszcze nie zakączył w całości. Na tym etapie następuje sublimacja ciała stałego w gaz -> rozpężanie prochu w gazowe produkty spalania.

Zmiana stanu skupienia powoduje odłączenie się cząstek dotychczas związanych - a te uwolnione oddalają się od pierwotnego miejsca związania ( i odbijają się po drodze od innych ) jako skutek uzyskania dodatkowej prędkości po zerwaniu wiązań ( przyczyna uzyskania prędkości ).

Skąd myśl że materiały wybuchowe mają budowe krystaliczną? Kojarzyłem to raczej z metalami.
Małymi krokami - wielkie cele osiagaj.

Awatar użytkownika
maziek
Posty: 8544
Rejestracja: 9 września 2006, 22:46

Re: Imaginacja zjawiska wybuchu w microskali

#14 Post autor: maziek » 25 czerwca 2020, 13:52

No nie. A w zasadzie tak - ale tylko na samym początku. Ze względu na wspomnianą wyżej typową drogę swobodną molekuły gazu, bardzo krótką, gazowe produkty detonacji szybko tracą energię przekazując ją w zderzeniach dalej, kolejnym cząsteczkom powietrza a te jeszcze dalej - a same zaczynają się poruszać poddźwiękowo, czyli "wychodzą " z fali i mają na powrót prędkości wynikające z rozkładu Maxwella, a inaczej mówiąc ona te produkty wyprzedza unosząc pęd. Cząsteczki powietrza podróżują z falą tylko na bardzo krótkim odcinku, od chwili zderzenia z taką właśnie szybką cząsteczką (w którym ona tę szybkość traci) - do następnego zderzenia z wolną cząsteczką, której pęd jest oddawany - tak oczywiście mocno upraszczając, bo tych zderzeń jest dużo a nie tylko kop na wejściu i kop na wyjściu ;) . Analogicznie do fali podłużnej w ciele stałym - fala przesuwa się do przodu, nieraz bardzo daleko i szybko (np fala po walnięci młotkiem w szynę kolejową zasuwa jakieś 5-6 km/s i może spokojnie zalecieć kilka-kilkanaście km jeśli szyna spawana) - ale cząsteczki ciała tylko drgają wokół położenia równowagi.
ukłony...

ODPOWIEDZ