Explosion - Explosion

Eine Explosion ist eine schnelle Expansion in Volumen , die mit einem extrem heftigen nach außen freisetzen Energie , in der Regel mit der Erzeugung von hohen Temperaturen und die Freisetzung von Hochdruckgasen . Überschallexplosionen , die durch hochexplosive Sprengstoffe erzeugt werden, werden als Detonationen bezeichnet und breiten sich durch Stoßwellen aus . Unterschallexplosionen werden durch schwache Sprengstoffe durch einen langsameren Verbrennungsprozess erzeugt, der als Deflagration bekannt ist .

Ursachen

Explosionen können in der Natur vorkommen , aufgrund eines großen Zustrom von Energie. Die meisten natürlichen Explosionen entstehen durch vulkanische oder stellare Prozesse verschiedener Art. [Explosive Vulkanausbrüche treten auf, wenn Magma von unten aufsteigt, es enthält stark gelöstes Gas. Der Druckabbau beim Aufsteigen des Magmas führt zum Ausperlen des Gases aus der Lösung, was zu einer schnellen Volumenzunahme führt.] Explosionen treten auch als Folge von Aufprallereignissen und bei Phänomenen wie hydrothermalen Explosionen (auch durch vulkanische Prozesse) auf. . Explosionen können auch außerhalb der Erde im Universum bei Ereignissen wie Supernovae auftreten . Explosionen treten häufig bei Buschfeuern in Eukalyptuswäldern auf, bei denen die ätherischen Öle in den Baumkronen plötzlich verbrennen.

Astronomische

Zu den größten bekannten Explosionen im Universum sind Supernovae , die auftreten , nach dem Ende des Lebens von einigen Arten von Sternen . Sonneneruptionen sind ein Beispiel für eine häufige, viel weniger energiereiche Explosion auf der Sonne und vermutlich auch auf den meisten anderen Sternen. Die Energiequelle für die Aktivität der Sonneneruptionen stammt aus der Verwicklung magnetischer Feldlinien, die aus der Rotation des leitfähigen Plasmas der Sonne resultieren. Eine andere Art großer astronomischer Explosionen tritt auf, wenn ein sehr großer Meteoroid oder ein Asteroid auf die Oberfläche eines anderen Objekts, beispielsweise eines Planeten, auftrifft.

Verschmelzungen von Schwarzen Löchern , an denen wahrscheinlich binäre Schwarze-Loch- Systeme beteiligt sind, können in einem Bruchteil einer Sekunde viele Sonnenmassen an Energie in Form einer Gravitationswelle in das Universum abstrahlen . Dies ist in der Lage, gewöhnliche Energie und zerstörerische Kräfte auf nahe gelegene Objekte zu übertragen, aber in den Weiten des Weltraums sind nahe Objekte normalerweise selten. Die am 21. Mai 2019 beobachtete Gravitationswelle, bekannt als GW190521 , erzeugte ein Verschmelzungssignal von etwa 100 ms Dauer, während dessen schätzungsweise 9 Sonnenmassen in Form von Gravitationsenergie abgestrahlt wurden.

Chemisch

Die gebräuchlichsten künstlichen Sprengstoffe sind chemische Sprengstoffe, die normalerweise eine schnelle und heftige Oxidationsreaktion beinhalten , die große Mengen an heißem Gas erzeugt. Schießpulver war der erste Sprengstoff, der erfunden und verwendet wurde. Andere bemerkenswerte frühe Entwicklungen in der chemischen Sprengstofftechnologie waren die Entwicklung von Nitrozellulose durch Frederick Augustus Abel im Jahr 1865 und die Erfindung des Dynamits durch Alfred Nobel im Jahr 1866. Chemische Explosionen (sowohl beabsichtigt als auch versehentlich) werden oft durch einen elektrischen Funken oder eine Flamme in Gegenwart von Sauerstoff ausgelöst . In Treibstofftanks, Raketentriebwerken usw. können unbeabsichtigte Explosionen auftreten.

Elektrisch und magnetisch

Ein elektrischer Hochstromfehler kann eine „elektrische Explosion“ verursachen, indem ein hochenergetischer Lichtbogen gebildet wird, der Metall und Isoliermaterial schnell verdampft. Diese Gefahr durch Lichtbogen stellt eine Gefahr für Personen dar, die an unter Spannung stehenden Schaltgeräten arbeiten . Außerdem kann ein übermäßiger magnetischer Druck in einem ultrastarken Elektromagneten eine magnetische Explosion verursachen .

Mechanisch und Dampf

Streng genommen ein physikalischer Vorgang im Gegensatz zu chemischen oder nuklearen, zB das Bersten eines verschlossenen oder teilweise verschlossenen Behälters unter Innendruck wird oft als Explosion bezeichnet. Beispiele sind ein überhitzter Kessel oder eine einfache Dose Bohnen, die ins Feuer geworfen wird.

Explodierende Dampfexplosionen in kochender Flüssigkeit sind eine Art mechanischer Explosion, die auftreten kann, wenn ein Behälter, der eine unter Druck stehende Flüssigkeit enthält, zerbricht, was zu einer schnellen Volumenzunahme beim Verdampfen der Flüssigkeit führt. Beachten Sie, dass der Inhalt des Behälters eine nachfolgende chemische Explosion verursachen kann, deren Auswirkungen dramatisch schwerwiegender sein können, wie z. B. ein Propantank inmitten eines Feuers. In einem solchen Fall kommen zu den Auswirkungen der mechanischen Explosion beim Versagen des Tanks die Auswirkungen der Explosion hinzu, die sich aus dem freigesetzten (zunächst flüssigen und dann fast augenblicklich gasförmigen) Propan in Gegenwart einer Zündquelle ergibt. Aus diesem Grund unterscheiden Rettungskräfte oft zwischen den beiden Ereignissen.

Nuklear

Neben stellaren Nuklearexplosionen ist eine Atomwaffe eine Art explosiver Waffe, die ihre zerstörerische Kraft aus der Kernspaltung oder einer Kombination aus Kernspaltung und Fusion bezieht . Infolgedessen ist selbst eine Nuklearwaffe mit geringer Ausbeute deutlich stärker als der größte verfügbare konventionelle Sprengstoff, wobei eine einzige Waffe in der Lage ist, eine ganze Stadt vollständig zu zerstören.

Eigenschaften

Macht

Die Sprengkraft wird in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Sprengstoffs freigesetzt. Befindet sich eine Granate während der Explosion in der Luft, beträgt die Richtung der Explosion 360°. Im Gegensatz dazu werden bei einer Hohlladung die Explosivkräfte fokussiert, um eine größere lokale Explosion zu erzeugen; Hohlladungen werden oft vom Militär verwendet, um Türen oder Wände zu durchbrechen.

Geschwindigkeit

Die Reaktionsgeschwindigkeit unterscheidet eine explosive Reaktion von einer gewöhnlichen Verbrennungsreaktion. Wenn die Reaktion nicht sehr schnell abläuft, werden die thermisch expandierenden Gase mäßig im Medium dissipiert, ohne großen Druckunterschied und ohne Explosion. Wenn beispielsweise ein Holzfeuer in einer Feuerstelle brennt, kommt es zwar zu einer Wärmeentwicklung und zur Bildung von Gasen, die jedoch nicht schnell genug freigesetzt werden, um einen plötzlichen erheblichen Druckunterschied aufzubauen und dann eine Explosion auszulösen. Dies ist vergleichbar mit dem Unterschied zwischen der Energieentladung einer Batterie , die langsam ist, und der eines Blitzkondensators wie bei einem Kamerablitz , der seine Energie auf einmal freisetzt.

Wärmeentwicklung

Die Erzeugung von Wärme in großen Mengen begleitet die meisten explosiven chemischen Reaktionen. Die Ausnahmen werden als entropische Sprengstoffe bezeichnet und umfassen organische Peroxide wie Acetonperoxid . Es ist die schnelle Wärmefreisetzung, die dazu führt, dass sich die gasförmigen Produkte der meisten explosiven Reaktionen ausdehnen und hohe Drücke erzeugen . Diese schnelle Erzeugung hoher Drücke des freigesetzten Gases bildet die Explosion. Die Wärmefreisetzung mit ungenügender Geschwindigkeit führt nicht zu einer Explosion. Obwohl zum Beispiel eine Masseeinheit Kohle fünfmal so viel Wärme abgibt wie eine Masseeinheit Nitroglycerin , kann die Kohle nicht als Sprengstoff verwendet werden (außer in Form von Kohlenstaub ), da die Geschwindigkeit, mit der sie diese Wärme abgibt, ziemlich hoch ist langsam. Tatsächlich kann eine Substanz, die weniger schnell brennt ( dh langsame Verbrennung ), tatsächlich mehr Gesamtwärme entwickeln als ein Explosivstoff, der schnell detoniert ( dh schnelle Verbrennung ). Bei ersteren wandelt die langsame Verbrennung einen größeren Teil der inneren Energie ( dh chemisches Potenzial ) des brennenden Stoffes in an die Umgebung abgegebene Wärme um, während bei letzterer die schnelle Verbrennung ( dh Detonation ) stattdessen mehr innere Energie in Arbeit an der Umgebung umwandelt ( dh weniger in Wärme umgewandelte innere Energie); cf Wärme und Arbeit (Thermodynamik) sind äquivalente Energieformen. Siehe Verbrennungswärme für eine gründlichere Behandlung dieses Themas.

Bei der Bildung einer chemischen Verbindung aus ihren Bestandteilen kann Wärme entweder aufgenommen oder abgegeben werden. Die bei der Umwandlung aufgenommene oder abgegebene Wärmemenge wird als Bildungswärme bezeichnet . Die Formationswärmen von Feststoffen und Gasen, die bei explosiven Reaktionen gefunden werden, wurden für eine Temperatur von 25 °C und Atmosphärendruck bestimmt und werden normalerweise in Einheiten von Kilojoule pro Gramm-Molekül angegeben. Ein positiver Wert zeigt an, dass während der Bildung der Verbindung aus ihren Elementen Wärme aufgenommen wird; eine solche Reaktion wird als endotherme Reaktion bezeichnet. In der Explosivtechnik sind nur exotherme Materialien von Interesse, die eine Nettowärmefreisetzung und eine negative Bildungswärme aufweisen. Die Reaktionswärme wird unter Bedingungen von entweder konstantem Druck oder konstantem Volumen gemessen. Es ist diese Reaktionswärme, die richtigerweise als "Explosionswärme" ausgedrückt werden kann.

Reaktionsauslösung

Ein chemischer Explosivstoff ist eine Verbindung oder Mischung, die sich bei Anwendung von Hitze oder Schock mit extremer Geschwindigkeit zersetzt oder neu anordnet, wobei viel Gas und Hitze freigesetzt werden. Viele Stoffe, die normalerweise nicht als Sprengstoffe eingestuft werden, können eines oder sogar zwei dieser Dinge bewirken.

Eine Reaktion muss in der Lage sein, durch die Anwendung von Schock, Hitze oder einem Katalysator (im Falle einiger explosiver chemischer Reaktionen) auf einen kleinen Teil der Masse des explosiven Materials eingeleitet zu werden . Ein Material, in dem die ersten drei Faktoren existieren, kann nicht als Explosivstoff akzeptiert werden, es sei denn, die Reaktion kann bei Bedarf erfolgen.

Zersplitterung

Fragmentierung ist die Ansammlung und Projektion von Partikeln als Ergebnis einer hohen Sprengstoffdetonation. Fragmente stammen können: Teile einer Struktur (wie beispielsweise Glas , Bits von Strukturmaterial oder Dachmaterial ), ergaben , Schichten und / oder verschiedene oberflächen Ebene geologische Eigenschaften (wie lose Steine , Erde oder Sand ), wobei das Gehäuse umgebende Sprengstoff und/oder andere lose Gegenstände, die nicht durch die Schockwelle der Explosion verdampft wurden. Fragmente mit hoher Geschwindigkeit und geringem Winkel können Hunderte von Metern mit genügend Energie zurücklegen, um andere hochexplosive Gegenstände in der Umgebung zu initiieren, Personal zu verletzen oder zu töten und/oder Fahrzeuge oder Strukturen zu beschädigen.

Bemerkenswerte Beispiele

Chemisch

Nuklear

• Dreifaltigkeitstest
• Ivy Mike
• Schloss Bravo
• Zar Bomba
• Atombombenabwürfe auf Hiroshima und Nagasaki

Vulkanisch

• Santorin
• Krakatau
• Mount St. Helens
• Berg Tambora
• Berg Pinatubo
• Toba-Katastrophentheorie
• Yellowstone-Caldera

Stellar

• Liste der Supernovae

Etymologie

Das klassische Lateinische explōdō bedeutet „einen schlechten Schauspieler von der Bühne zischen“, „einen Schauspieler durch Lärm von der Bühne treiben“, von ex- („heraus“) + plaudō („klatschen; applaudieren“). Die moderne Bedeutung entwickelte sich später:

• Klassisches Latein: "einen Schauspieler durch Lärm von der Bühne treiben" bedeutet also "vertreiben" oder "abweisen"

Auf Englisch:

• Um 1538: "Aus- oder Wegfahren durch Klatschen" (ursprünglich Theater)
• Um 1660: "Vertreibung mit Gewalt und plötzlichem Lärm"
• Um 1790: "mit einem lauten Geräusch losgehen"
• Um 1882: Erster Einsatz als „zerstörerisch platzen“

Siehe auch

Verweise