Mnoho přírodních procesů ve stavu beztíže se vyskytuje velmi odlišně. Jak a proč se to stane, stojí za pochopení.
Jak dochází ke spalování v gravitaci?
Spalování je chemická reakce, při které dochází k oxidaci, uvolňuje se velké množství tepla a dochází také ke spalinám. Aby k této reakci mohlo dojít, musí být splněno několik podmínek. Oheň vyžaduje kyslík, hořlavou látku a také schopnost odstraňovat oxidační produkty ze zapalovací zóny.
Chcete-li porozumět tomu, jak k tomuto procesu dochází ve známých podmínkách, můžete zvážit spálení na příkladu svíčky. To pomůže dále porovnat plamen v nulové gravitaci.
Svíčka tedy sestává z bavlněného knotu, jakož i vosku, parafínu nebo stearinu. Předpokládá se, že plamen je vytvářen zapálením knotu, ale ve skutečnosti tomu tak není. Výpary obklopující tento knot jsou přímo spáleny. Pro nasměrování hořlavé látky nahoru - do spalovací zóny je zapotřebí samotný závit.
Jsou tedy splněny všechny podmínky: kyslík je ve vzduchu, existuje hořlavá látka (vosk), produkty spalování (oxid uhličitý a vodní pára) jsou ze zóny odstraněny. Posledně uvedený proces je vysvětlen skutečností, že zahřátý a méně hustý vzduch stoupá, je vyšší než studený a zároveň odvádí spaliny. Pokud je například svíčka umístěna do vysoké nádoby, přestane hořet - vzduch se všude zahřívá stejně.
Beztíže spalování
Přítomnost gravitace přispívá k tvorbě konvekčních proudů - rozdíl mezi teplým a studeným vzduchem. Horké částice sazí, stoupající, vyzařují záři. Proto má plamen takový podlouhlý tvar a lze jej zvážit.
V nulové gravitaci k těmto konvekčním tokům nedochází. Protože částice sazí nevstávají, plamen svíčky má tvar koule. Po krátké době kyslík v hořící zóně svíčky skončí. Místo toho se vytváří velké množství oxidu uhelnatého - oxid uhelnatý. Spalování plamene bude pokračovat několik minut.
Zajímavá je také změna barvy plamene. Pod vlivem gravitace hoří svíčka hlavně v žloutku kvůli horkým sazem. Teplota spalování je 1227 - 1721 stupňů Celsia.
A při nulové gravitaci nemá oheň dostatek kyslíku, takže je pozorováno tzv. "Studené" spalování, jehož teplota je 227 - 527 stupňů Celsia. Saze se tvoří v malém množství, protože to vyžaduje nejméně 1000 stupňů. V tomto případě se uvolňuje vodík, díky němuž plamen získává modrý nádech.
Zajímavý fakt: Pokud zapálíte svíčku a neustále na fotografii upevníte fáze jejího pálení, můžete si všimnout neobvyklého jevu. Nejprve se rozsvítí obvyklou jasně žlutou barvou, potom se plamen změní na napůl modrý a pak úplně na modrý. Čím méně kyslíku, tím více odstínů plamene.
Studium chování plamene při nulové gravitaci má pro astronautiku velký význam. Vědci a výzkumníci provádějí za tímto účelem různé experimenty. Pomáhají zvyšovat bezpečnost kosmických lodí a astronautů.
Experimenty se například provádějí na palubě Mezinárodní vesmírné stanice ve zvláštním prostoru. Vědci zapálili malé kapičky paliva a pozorovali jejich chování. Spalování trvá asi 20 sekund. Palivová koule je obklopena ohnivou koulí o průměru 2-4 mm.
Je pozoruhodné, že po viditelném spalování končí velmi „studený“, což je velmi obtížné zvážit. Pokud však dodáte kyslík nebo přidáte palivo, plamen se okamžitě znovu rozhoří.
Při nulové gravitaci má plamen tvar koule, protože konvekční toky se neobjevují kvůli nepřítomnosti gravitace (za normálních podmínek horký vzduch stoupá nad chlad). Spalování je pozorováno na krátkou dobu. Zpočátku má plamen žlutou barvu, ale brzy získává namodralý nádech a poté se stane úplně modrou. Důvodem je skutečnost, že kyslík končí a spalovací teplota výrazně klesá - na 227 - 527 stupňů Celsia. Takové spalování se nazývá „studené“. V tomto případě se vytvoří malé horké saze a uvolní se vodík, což způsobí změnu barvy ohně.