Снага (експлозив)

Код експлозивних материјала, снага је параметар који одређује способност експлозива да покрене околни материјал. Она је повезана са укупним ослобађањем гаса током реакције и количином произведене топлоте. Види: бризантност.

Снага или потенцијал експлозива представља укупни рад који може да обави гас настао експлозијом, када се адијабатски прошири са почетног волумена, док му се притисак не смањи на атмосферски притисак, а температура на 15 °Ц (59 °Ф; 288 К). Потенцијал је, дакле, укупна количина топлоте ослобођена при константном запремину, када се изрази у еквивалентним радним јединицама, и представља меру снаге експлозива.

Снага експлозива се мери, на пример, Траузл тестом у оловном блоку.

Експлозија може да се деси у два основна услова: први, када је неограничена, као на отвореном, где је притисак (атмосферски) константан; други, када је ограничена, као у затвореној комори где је запремина константна. Иста количина топлотне енергије се ослобађа у оба случаја, али у неограниченој експлозији, одређена количина се користи као радна енергија за померање околног ваздуха и, самим тим, губи се као топлота. У ограниченој експлозији, где је запремина експлозива мала (као у барутној комори ватреног оружја), практично сва топлота експлозије се задржава као корисна енергија. Ако се израчуна количина ослобођене топлоте при константној запремини под адијабатским условима и претвори из топлотних у еквивалентне радне јединице, добија се потенцијал или капацитет за рад.

Дакле, ако:

Q_мп представља укупну количину топлоте ослобођену од једног мола експлозива при 15 °Ц (59 °Ф; 288 К) и константном притиску (атмосферском);

Q_мв представља укупну топлоту ослобођену од једног мола експлозива при 15 °Ц (59 °Ф; 288 К) и константној запремини; и

W представља радну енергију потрошену на померање околног ваздуха у неограниченој експлозији, која није доступна као нето теоријска топлота;

Тада, због претварања енергије у рад у случају константног притиска,

Q_мв = Q_мп + W

Одавде се може одредити вредност Q_мв. Након тога, потенцијал једног мола експлозива може се израчунати. Користећи ову вредност, потенцијал за било коју другу тежину експлозива може се одредити простом пропорцијом.

Користећи принцип почетног и крајњег стања и табелу топлоте формирања (добијену експерименталним подацима), ослобођена топлота при константном притиску може се лако израчунати.

м н

Q_мп = в_иQ_фи - в_кQ_фк

1 1

где су:

Q_фи = топлота формирања производа и при константном притиску,

Q_фк = топлота формирања реактаната к при константном притиску,

в = број молова сваког производа/реактаната (м је број производа, а н је број реактаната).

Радна енергија коју троше гасовити производи детонације изражена је као:

W = П дв

Са константним притиском и занемарљивим почетним волуменом, овај израз се своди на:

W = П·В₂

Пошто се топлоте формирања израчунавају за стандардни атмосферски притисак (101 325 Па, где је 1 Па = 1 Н/м²) и температуру од 15 °Ц (59 °Ф; 288 К), В2 представља запремину коју заузимају гасовити продукти под овим условима. У овом тренутку,

W/мол = (101 325 Н/м²)(23.63 L/мол)(1 м³/1000 L) = 2394 Н·м/мол = 2394 Ј/мол

и применом одговарајућих фактора конверзије, рад се може претворити у јединице килокалорија.

W/мол = 0.572 кцал/мол

Када се хемијска реакција избалансира, може се израчунати запремина произведеног гаса и рад експанзије. Када се ово заврши, могу се извршити прорачуни потребни за одређивање потенцијала.

За ТНТ:

C₆Х₂(НО₂)₃ЦХ₃ → 6ЦО + 2.5Х₂ + 1.5Н₂ + C

за 10 молова.

Затим:

Q_мп = 6(26.43) – 16.5 = 142.08 кцал/мол

Напомена: Елементи у свом природном стању (Х₂, О₂, Н₂, C, итд.) користе се као основа за табеле топлоте формирања и њима се додељује вредност нула. Погледајте табелу 12-2.

Q_мв = 142.08 + 0.572(10) = 147.8 кцал/мол

Као што је већ поменуто, Q_мв, када се претвори у еквивалентне радне јединице, представља потенцијал експлозива. (МW = молекулска тежина експлозива).

Потенцијал = Q_мв кцал/мол × 4185 Ј/кцал × 10³ г/кг × 1 мол/(мол·г)

Потенцијал = Q_мв (4.185 × 10⁶) Ј/(мол·кг)

За ТНТ,

Потенцијал = 147.8 (4.185 × 10⁶)/227.1 = 2.72 × 10⁶ Ј/кг

Уместо да се табелишу тако велики бројеви, у области експлозива ТНТ се узима као стандардни експлозив, а други експлозиви се процењују према снази релативно у односу на ТНТ. Потенцијал ТНТ-а је израчунат на 2,72 × 10⁶ Ј/кг. Релативна снага (РС) може се изразити као:

Р.С. = Потенцијал експлозива/(2.72 × 10⁶)

Карактеристике

Експлозивна снага је израз који се користи за описивање разорне моћи експлозива. Често се изражава као ТНТ еквивалент. Корективни фактори узимају у обзир различиту бризантност. На пример, енергетска густина дрвета је четири пута већа од оне код ТНТ-а, али брзина реакције је изузетно мала.

Што су разлике у притиску у ваздуху које изазива експлозија веће, то се очекују већа оштећења:

3 мбар: Ниво звучног притиска већи од границе бола од 140 дБ
10 мбар: Оштећења на стаклима прозора
35–70 мбар: Пуцање прозорских стакала
50 мбар: Горња граница за реверзибилна оштећења код живих бића
70 мбар: Оштећења на кућама
140 мбар: Рушење кровова
170 мбар: Пуцање бубних опни код 1% изложених особа
200 мбар: Тешка оштећења на челичним конструкцијама (небодерима)
490 мбар: Превртање аутомобила
700 мбар: Рушење стамбених зграда, пуцање плућа
1400 мбар: Потпуно уништење
2000 мбар: Смрт због директног дејства притиска код 99% погођених.

Процена домета с експлозије са експлозивном снагом M, при којој се још увек може измерити разлика у притиску П, врши се према следећој формули:

s(P)=M^{\frac {1}{3}}\cdot \exp \left(0{,}9267-0{,}5112\cdot \ln(P)+0{,}0398\cdot (\ln(P))^{2}\right)

где је:

с = домет у метрима
П = разлика у притиску у барима
M = ТНТ еквивалент масе у килограмима.

На пример, 10 тона ТНТ-а ствара у радијусу од око 100 м разлику у притиску већу од 350 мбар. 1 кг ТНТ-а девастира област у радијусу од око 5 м/с разликом у притиску већом од 280 мбар. Атомска бомба Литтле Боy, бачена на Хирошиму 1945. године, имала је експлозивну снагу од 13.000 тона ТНТ-а. Највећа експлозија изазвана од стране човека, узрокована цар бомбом, имала је експлозивну снагу од 57 милиона тона ТНТ-а.

Пример типичне руске бојеве главе од 550 килотона:

Радијус ватрене лопте: 0,99 км (3,07 км²) - све гори или се топи
Талас притиска од 20 ПСИ: 1,78 км (9,99 км²) - све зграде потпуно уништене
Радијус радијације (500 рем): 2,32 км (16,9 км²) - између 50 и 90% смртних случајева код живих бића
Талас притиска од 5 ПСИ: 3,75 км (44,2 км²) - већина обичних грађевина уништена
Топлотно зрачење за опекотине трећег степена: 8,24 км (213 км²)

Мерење фугасности

Тачно одређивање стварне ефикасности експлозива повезано је са техничким потешкоћама, па се фугасност обично одређује и изражава у релативним јединицама у поређењу са стандардним експлозивним материјалима (углавном кристалним тротилом).

Постоји неколико метода за одређивање фугасности.

Најједноставнији и најраспрострањенији начин је Траузл тест. ^[1] Ова метода се користи у Руској Федерацији за индустријске експлозиве као стандардна процедура према ГОСТ 4546-81. Тестирање се спроводи детонирањем пуњења масе од 10 грама постављеног унутар оловног цилиндра (који се често назива Траузлова бомба). Пре и после детонације пуњења мери се запремина шупљине унутар цилиндра. Разлика између ових запремина, узимајући у обзир утицај температуре и детонаторске каписле, упоређује се са резултатима тестирања кристалног тротила.

Такође, фугасност се може одредити мерењем рада експлозије помоћу балистичког клатна.

Упоредна фугасност неких експлозивних материјала

Експлозивна материја	Фугасност, цм³	ТНТ еквивалент
Кристални тротил	285 ± 7	1
Аммонит бр. 6ЖВ	365	1,3
Амонал	400	1,4
Пресовани скални аммонит бр. 1	450–460	1,6
Хексоген	480	1,7
Нитроглицерин	550	1,9
Етилен гликол динитрат	650	2,3

Фугасно дејство експлозије

На пример, приликом експлозије авионске бомбе ФАБ-250 (маса експлозива 70–100 кг), фугасно дејство ствара прекомерни притисак од 10 атмосфера на удаљености од 6 метара, при чему брзина таласа износи око 1000 м/с, што може да уништи зид од опеке дебљине 0,5 метара, а такође је смртоносно за човека. На удаљености од 14 метара, прекомерни притисак достиже око 1 атмосферу, а брзина таласа је 460 м/с. То је опасно по живот човека и може захтевати хоспитализацију.^[2]

Приликом експлозије термобаричких пројектила (етилен оксид) запремине 33 литра, ударни талас ствара прекомерни притисак од 20 атмосфера. Исти притисак настаје при експлозији 250 кг ТНТ-а на удаљености од 8 метара. На дистанци од 3–4 радијуса (односно 20–30 метара), прекомерни притисак износи 1 атмосферу, што је довољно за уништење авиона.^[3]

Израчунавање радијуса уништења нуклеарних експлозија

За израчунавање радијуса уништења нуклеарних експлозија користи се следећа формула:

R=C\times {\sqrt[{3}]{X}}

,

где је:

Р — радијус у километрима,
X — јачина експлозива у килотонама,
C — коефицијент прекомерног притиска.

За прекомерни притисак од 0,204 атмосфере, C = 1; за прекомерни притисак од 1,361 атмосфере, C = 0,28. ^[4].

Види премер: РДС-1.

Види још

Референце

^ Исидор Трауцль (нем. Isidor Trauzl; s) — австрийский химик и промышленник.
^ Авиационные средства поражения.автор: Миропольский Ф. П. 1995 г. Стр. 34-35.
^ „termoboepripas”. Архивирано из оригинала 2012-05-21. г. Приступљено 2012-11-10.
^ „Поражающие факторы ядерного взрыва”. Архивирано из оригинала 2010-07-31. г. Приступљено 2011-07-28.

Spoljašnje veze

Artikel der nationalen Koordinationsstelle für Katastrophenhilfe der USA (FEMA) (PDF; 1,4 MB)

[1] Исидор Трауцль (нем. Isidor Trauzl; s) — австрийский химик и промышленник.

[2] Авиационные средства поражения.автор: Миропольский Ф. П. 1995 г. Стр. 34-35.

[3] „termoboepripas”. Архивирано из оригинала 2012-05-21. г. Приступљено 2012-11-10.

[4] „Поражающие факторы ядерного взрыва”. Архивирано из оригинала 2010-07-31. г. Приступљено 2011-07-28.

[1]

[2]

[3]

[4]