Snaga (eksploziv)

Kod eksplozivnih materijala, snaga je parametar koji određuje sposobnost eksploziva da pokrene okolni materijal. Ona je povezana sa ukupnim oslobađanjem gasa tokom reakcije i količinom proizvedene toplote. Vidi: brizantnost.

Snaga ili potencijal eksploziva predstavlja ukupni rad koji može da obavi gas nastao eksplozijom, kada se adijabatski proširi sa početnog volumena, dok mu se pritisak ne smanji na atmosferski pritisak, a temperatura na 15 °C (59 °F; 288 K). Potencijal je, dakle, ukupna količina toplote oslobođena pri konstantnom zapreminu, kada se izrazi u ekvivalentnim radnim jedinicama, i predstavlja meru snage eksploziva.

Snaga eksploziva se meri, na primer, Trauzl testom u olovnom bloku.

Eksplozija može da se desi u dva osnovna uslova: prvi, kada je neograničena, kao na otvorenom, gde je pritisak (atmosferski) konstantan; drugi, kada je ograničena, kao u zatvorenoj komori gde je zapremina konstantna. Ista količina toplotne energije se oslobađa u oba slučaja, ali u neograničenoj eksploziji, određena količina se koristi kao radna energija za pomeranje okolnog vazduha i, samim tim, gubi se kao toplota. U ograničenoj eksploziji, gde je zapremina eksploziva mala (kao u barutnoj komori vatrenog oružja), praktično sva toplota eksplozije se zadržava kao korisna energija. Ako se izračuna količina oslobođene toplote pri konstantnoj zapremini pod adijabatskim uslovima i pretvori iz toplotnih u ekvivalentne radne jedinice, dobija se potencijal ili kapacitet za rad.

Dakle, ako:

Q_mp predstavlja ukupnu količinu toplote oslobođenu od jednog mola eksploziva pri 15 °C (59 °F; 288 K) i konstantnom pritisku (atmosferskom);

Q_mv predstavlja ukupnu toplotu oslobođenu od jednog mola eksploziva pri 15 °C (59 °F; 288 K) i konstantnoj zapremini; i

W predstavlja radnu energiju potrošenu na pomeranje okolnog vazduha u neograničenoj eksploziji, koja nije dostupna kao neto teorijska toplota;

Tada, zbog pretvaranja energije u rad u slučaju konstantnog pritiska,

Q_mv = Q_mp + W

Odavde se može odrediti vrednost Q_mv. Nakon toga, potencijal jednog mola eksploziva može se izračunati. Koristeći ovu vrednost, potencijal za bilo koju drugu težinu eksploziva može se odrediti prostom proporcijom.

Koristeći princip početnog i krajnjeg stanja i tabelu toplote formiranja (dobijenu eksperimentalnim podacima), oslobođena toplota pri konstantnom pritisku može se lako izračunati.

m n

Q_mp = v_iQ_fi - v_kQ_fk

1 1

gde su:

Q_fi = toplota formiranja proizvoda i pri konstantnom pritisku,

Q_fk = toplota formiranja reaktanata k pri konstantnom pritisku,

v = broj molova svakog proizvoda/reaktanata (m je broj proizvoda, a n je broj reaktanata).

Radna energija koju troše gasoviti proizvodi detonacije izražena je kao:

W = P dv

Sa konstantnim pritiskom i zanemarljivim početnim volumenom, ovaj izraz se svodi na:

W = P·V₂

Pošto se toplote formiranja izračunavaju za standardni atmosferski pritisak (101 325 Pa, gde je 1 Pa = 1 N/m²) i temperaturu od 15 °C (59 °F; 288 K), V2 predstavlja zapreminu koju zauzimaju gasoviti produkti pod ovim uslovima. U ovom trenutku,

W/mol = (101 325 N/m²)(23.63 L/mol)(1 m³/1000 L) = 2394 N·m/mol = 2394 J/mol

i primenom odgovarajućih faktora konverzije, rad se može pretvoriti u jedinice kilokalorija.

W/mol = 0.572 kcal/mol

Kada se hemijska reakcija izbalansira, može se izračunati zapremina proizvedenog gasa i rad ekspanzije. Kada se ovo završi, mogu se izvršiti proračuni potrebni za određivanje potencijala.

Za TNT:

C₆H₂(NO₂)₃CH₃ → 6CO + 2.5H₂ + 1.5N₂ + C

za 10 molova.

Zatim:

Q_mp = 6(26.43) – 16.5 = 142.08 kcal/mol

Napomena: Elementi u svom prirodnom stanju (H₂, O₂, N₂, C, itd.) koriste se kao osnova za tabele toplote formiranja i njima se dodeljuje vrednost nula. Pogledajte tabelu 12-2.

Q_mv = 142.08 + 0.572(10) = 147.8 kcal/mol

Kao što je već pomenuto, Q_mv, kada se pretvori u ekvivalentne radne jedinice, predstavlja potencijal eksploziva. (MW = molekulska težina eksploziva).

Potencijal = Q_mv kcal/mol × 4185 J/kcal × 10³ g/kg × 1 mol/(mol·g)

Potencijal = Q_mv (4.185 × 10⁶) J/(mol·kg)

Za TNT,

Potencijal = 147.8 (4.185 × 10⁶)/227.1 = 2.72 × 10⁶ J/kg

Umesto da se tabelišu tako veliki brojevi, u oblasti eksploziva TNT se uzima kao standardni eksploziv, a drugi eksplozivi se procenjuju prema snazi relativno u odnosu na TNT. Potencijal TNT-a je izračunat na 2,72 × 10⁶ J/kg. Relativna snaga (RS) može se izraziti kao:

R.S. = Potencijal eksploziva/(2.72 × 10⁶)

Karakteristike

Eksplozivna snaga je izraz koji se koristi za opisivanje razorne moći eksploziva. Često se izražava kao TNT ekvivalent. Korektivni faktori uzimaju u obzir različitu brizantnost. Na primer, energetska gustina drveta je četiri puta veća od one kod TNT-a, ali brzina reakcije je izuzetno mala.

Što su razlike u pritisku u vazduhu koje izaziva eksplozija veće, to se očekuju veća oštećenja:

3 mbar: Nivo zvučnog pritiska veći od granice bola od 140 dB
10 mbar: Oštećenja na staklima prozora
35–70 mbar: Pucanje prozorskih stakala
50 mbar: Gornja granica za reverzibilna oštećenja kod živih bića
70 mbar: Oštećenja na kućama
140 mbar: Rušenje krovova
170 mbar: Pucanje bubnih opni kod 1% izloženih osoba
200 mbar: Teška oštećenja na čeličnim konstrukcijama (neboderima)
490 mbar: Prevrtanje automobila
700 mbar: Rušenje stambenih zgrada, pucanje pluća
1400 mbar: Potpuno uništenje
2000 mbar: Smrt zbog direktnog dejstva pritiska kod 99% pogođenih.

Procena dometa s eksplozije sa eksplozivnom snagom M, pri kojoj se još uvek može izmeriti razlika u pritisku P, vrši se prema sledećoj formuli:

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

gde je:

s = domet u metrima
P = razlika u pritisku u barima
M = TNT ekvivalent mase u kilogramima.

Na primer, 10 tona TNT-a stvara u radijusu od oko 100 m razliku u pritisku veću od 350 mbar. 1 kg TNT-a devastira oblast u radijusu od oko 5 m/s razlikom u pritisku većom od 280 mbar. Atomska bomba Little Boy, bačena na Hirošimu 1945. godine, imala je eksplozivnu snagu od 13.000 tona TNT-a. Najveća eksplozija izazvana od strane čoveka, uzrokovana car bombom, imala je eksplozivnu snagu od 57 miliona tona TNT-a.

Primer tipične ruske bojeve glave od 550 kilotona:

Radijus vatrene lopte: 0,99 km (3,07 km²) - sve gori ili se topi
Talas pritiska od 20 PSI: 1,78 km (9,99 km²) - sve zgrade potpuno uništene
Radijus radijacije (500 rem): 2,32 km (16,9 km²) - između 50 i 90% smrtnih slučajeva kod živih bića
Talas pritiska od 5 PSI: 3,75 km (44,2 km²) - većina običnih građevina uništena
Toplotno zračenje za opekotine trećeg stepena: 8,24 km (213 km²)

Merenje fugasnosti

Tačno određivanje stvarne efikasnosti eksploziva povezano je sa tehničkim poteškoćama, pa se fugasnost obično određuje i izražava u relativnim jedinicama u poređenju sa standardnim eksplozivnim materijalima (uglavnom kristalnim trotilom).

Šema Trauzl testa

Postoji nekoliko metoda za određivanje fugasnosti.

Najjednostavniji i najrasprostranjeniji način je Trauzl test. ^[1] Ova metoda se koristi u Ruskoj Federaciji za industrijske eksplozive kao standardna procedura prema GOST 4546-81. Testiranje se sprovodi detoniranjem punjenja mase od 10 grama postavljenog unutar olovnog cilindra (koji se često naziva Trauzlova bomba). Pre i posle detonacije punjenja meri se zapremina šupljine unutar cilindra. Razlika između ovih zapremina, uzimajući u obzir uticaj temperature i detonatorske kapisle, upoređuje se sa rezultatima testiranja kristalnog trotila.

Takođe, fugasnost se može odrediti merenjem rada eksplozije pomoću balističkog klatna.

Uporedna fugasnost nekih eksplozivnih materijala

Eksplozivna materija	Fugasnost, cm³	TNT ekvivalent
Kristalni trotil	285 ± 7	1
Ammonit br. 6ŽV	365	1,3
Amonal	400	1,4
Presovani skalni ammonit br. 1	450–460	1,6
Heksogen	480	1,7
Nitroglicerin	550	1,9
Etilen glikol dinitrat	650	2,3

Fugasno dejstvo eksplozije

Na primer, prilikom eksplozije avionske bombe FAB-250 (masa eksploziva 70–100 kg), fugasno dejstvo stvara prekomerni pritisak od 10 atmosfera na udaljenosti od 6 metara, pri čemu brzina talasa iznosi oko 1000 m/s, što može da uništi zid od opeke debljine 0,5 metara, a takođe je smrtonosno za čoveka. Na udaljenosti od 14 metara, prekomerni pritisak dostiže oko 1 atmosferu, a brzina talasa je 460 m/s. To je opasno po život čoveka i može zahtevati hospitalizaciju.^[2]

Prilikom eksplozije termobaričkih projektila (etilen oksid) zapremine 33 litra, udarni talas stvara prekomerni pritisak od 20 atmosfera. Isti pritisak nastaje pri eksploziji 250 kg TNT-a na udaljenosti od 8 metara. Na distanci od 3–4 radijusa (odnosno 20–30 metara), prekomerni pritisak iznosi 1 atmosferu, što je dovoljno za uništenje aviona.^[3]

Izračunavanje radijusa uništenja nuklearnih eksplozija

Za izračunavanje radijusa uništenja nuklearnih eksplozija koristi se sledeća formula:

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

,

gde je:

R — radijus u kilometrima,
X — jačina eksploziva u kilotonama,
C — koeficijent prekomernog pritiska.

Za prekomerni pritisak od 0,204 atmosfere, C = 1; za prekomerni pritisak od 1,361 atmosfere, C = 0,28. ^[4].

Vidi premer: RDS-1.

Vidi još

Reference

^ 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]