Eksperimen yang dilakukan di Stesen Angkasa Antarabangsa itu memberikan hasil yang tidak dijangka - api terbuka berkelakuan agak berbeza daripada yang diharapkan para saintis.
Seperti yang dikatakan oleh beberapa saintis, api adalah eksperimen kimia tertua dan paling berjaya bagi manusia. Memang api selalu berlaku bersama manusia: dari api unggun pertama, di mana daging digoreng, nyala api mesin roket yang membawa seseorang ke bulan. Pada umumnya, api adalah simbol dan instrumen kemajuan peradaban kita.
Dr. Forman A. Williams, profesor fizik di University of California, San Diego, mempunyai sejarah panjang dalam meneliti api. Kebakaran biasanya merupakan proses yang kompleks dari ribuan tindak balas kimia yang saling berkaitan. Sebagai contoh, dalam nyalaan lilin, molekul hidrokarbon menguap dari sumbu, terurai apabila terkena haba, dan bergabung dengan oksigen untuk menghasilkan cahaya, panas, CO2, dan air. Sebilangan bahagian hidrokarbon dalam bentuk molekul berbentuk cincin, yang disebut hidrokarbon aromatik poliklik, membentuk jelaga, yang juga dapat membakar atau berubah menjadi asap. Bentuk air mata cahaya lilin yang biasa diberikan oleh graviti dan perolakan: udara panas naik ke atas dan menarik udara sejuk segar ke dalam api, sehingga menarik api ke atas.
Tetapi ternyata dalam graviti sifar semuanya berlaku secara berbeza. Dalam eksperimen yang disebut FLEX, saintis mengkaji kebakaran di atas ISS untuk mengembangkan teknologi untuk memadamkan kebakaran dengan graviti sifar. Para penyelidik menyalakan gelembung kecil heptana di dalam ruang khas dan memerhatikan bagaimana api bertindak.
Para saintis berhadapan dengan fenomena yang pelik. Dalam mikrograviti, nyalaan menyala secara berbeza; ia membentuk bola kecil. Fenomena ini dijangkakan kerana, tidak seperti api di Bumi, dalam graviti sifar, oksigen dan bahan bakar bertemu di lapisan tipis di permukaan sfera. Ini adalah skema sederhana yang berbeza dari api bumi. Walau bagaimanapun, keanehan ditemui: saintis memerhatikan pembakaran bola api yang berterusan walaupun, menurut semua perhitungan, pembakaran seharusnya berhenti. Pada masa yang sama, api masuk ke fasa sejuk yang disebut - api menyala dengan sangat lemah, sehingga api tidak dapat dilihat. Namun, api itu menyala, dan nyala api dapat langsung meletus dengan kekuatan besar ketika bersentuhan dengan bahan bakar dan oksigen.
Kebiasaannya api dapat dilihat pada suhu tinggi antara 1227 hingga 1727 darjah celcius. Gelembung heptana di ISS juga terbakar dengan terang pada suhu ini, tetapi ketika bahan bakar habis dan disejukkan, pembakaran yang sama sekali berbeza - sejuk. Ia berlaku pada suhu yang agak rendah 227-527 darjah Celsius dan tidak menghasilkan jelaga, CO2 dan air, tetapi karbon monoksida dan formaldehid yang lebih toksik.
Jenis api yang serupa telah dihasilkan di makmal di Bumi, tetapi dalam keadaan graviti, api seperti itu sendiri tidak stabil dan selalu cepat padam. Walau bagaimanapun, di ISS, api sejuk dapat menyala dengan stabil selama beberapa minit. Ini bukan penemuan yang sangat menyenangkan, kerana api dingin menimbulkan bahaya yang lebih besar: menyala dengan lebih mudah, termasuk secara spontan, lebih sukar untuk dikesan dan, lebih-lebih lagi, ia melepaskan lebih banyak bahan toksik. Sebaliknya, penemuan ini dapat menemukan aplikasi praktikal, misalnya, dalam teknologi HCCI, yang melibatkan penyalaan bahan bakar di mesin petrol bukan dari lilin, tetapi dari api dingin.
Video promosi:
Gambar ini diambil semasa eksperimen untuk mengkaji fizik pembakaran di menara 30 meter khas (2.2-Second Drop Tower) Pusat Penyelidikan John Glenn (Pusat Penyelidikan Glenn), yang dibuat untuk mensimulasikan keadaan mikrograviti pada musim gugur bebas. Banyak eksperimen yang kemudian dilakukan di kapal angkasa diuji awal di menara ini, itulah sebabnya mengapa disebut "pintu masuk ke ruang angkasa".
Bentuk sfera api dijelaskan oleh fakta bahawa dalam keadaan graviti sifar tidak ada pergerakan udara menaik dan perolakan lapisan hangat dan sejuknya tidak terjadi, yang di Bumi "menarik" api menjadi bentuk jatuh. Api untuk pembakaran tidak mempunyai cukup udara segar yang mengandungi oksigen, dan ternyata lebih kecil dan tidak panas. Warna kuning-oren api yang biasa kita ketahui di Bumi disebabkan oleh cahaya zarah jelaga yang naik ke atas dengan aliran udara yang panas. Dalam graviti sifar, api memperoleh warna biru, kerana sedikit jelaga terbentuk (ini memerlukan suhu lebih dari 1000 ° C), dan jelaga itu, kerana suhu yang lebih rendah, hanya akan bersinar dalam jarak inframerah. Pada foto teratas, warna kuning-oren masih ada dalam nyalaan, karena tahap awal pencucuhan ditangkap ketika masih ada cukup oksigen.
Penyiasatan pembakaran dalam graviti sifar sangat penting untuk memastikan keselamatan kapal angkasa. Selama beberapa tahun sekarang, eksperimen Flame Extinguishment Experiment (FLEX) telah dijalankan di petak khas di atas ISS. Penyelidik menyalakan titisan bahan bakar kecil (seperti heptana dan metanol) dalam suasana terkawal. Sebiji bola kecil bahan bakar terbakar selama kira-kira 20 saat, dikelilingi oleh bola api dengan diameter 2,5-4 mm, setelah itu penurunan berkurang sampai nyala api padam atau bahan bakar habis. Hasil yang paling tidak dijangka adalah setetes heptana, setelah pembakaran yang dapat dilihat, masuk ke dalam apa yang disebut "fasa sejuk" - nyala api menjadi sangat lemah sehingga mustahil untuk melihatnya. Namun masih menyala: api dapat langsung padam ketika berinteraksi dengan oksigen atau bahan bakar.
Seperti yang dijelaskan oleh para penyelidik, semasa pembakaran biasa, suhu api turun naik antara 1227 ° C dan 1727 ° C - pada suhu ini dalam eksperimen terdapat api yang kelihatan. Ketika bahan bakar dibakar, "pembakaran sejuk" bermula: api menyejuk hingga 227-527 ° C dan tidak menghasilkan jelaga, karbon dioksida dan air, tetapi bahan yang lebih beracun - formaldehid dan karbon monoksida. Eksperimen FLEX juga memilih atmosfer paling tidak mudah terbakar berdasarkan karbon dioksida dan helium, yang akan membantu mengurangkan risiko kebakaran kapal angkasa di masa depan.
